2012 Fiscal Year Annual Research Report
Development of high-sensitivity array devices for exploring the early universe
| Project Area | The Physical Origin of the Universe viewed through the Cosmic Background Radiation - from Cosmological Inflation to Dark Ages - |
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| Project/Area Number |
21111003
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| Research Institution | The Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
大谷 知行 独立行政法人理化学研究所, テラヘルツイメージング研究チーム, チームリーダー (50281663)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
関本 裕太郎 国立天文台, 先端技術センター, 准教授 (70262152)
田島 治 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 准教授 (80391704)
石野 宏和 岡山大学, 自然科学研究科, 准教授 (90323782)
岡村 崇弘 大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 素粒子原子核研究所, 助教 (90415042)
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| Project Period (FY) |
2009-04-01 – 2014-03-31
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| Keywords | 宇宙マイクロ波背景放射(CMB) / 宇宙赤外線背景放射(CIRB) / 超伝導検出器 / マイクロ波力学インダクタンス検出器(MKIDs) / Cooper対解離 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本計画研究の目的は，「宇宙創成の物理」解明に不可欠な宇宙マイクロ波背景放射（CMB）および宇宙赤外線背景放射（CIRB）観測用の1000画素クラス超伝導アレイ検出器の開発である．平成24年度は、平成23年度にひき続いて、マイクロ波力学インダクタンス検出器（MKIDs）、及び、システム開発に重点を置いて研究を推進した。
CMB観測用のデバイス開発では2種の材料について研究を進めた。近接効果を利用した積層型Al/Nb-MKIDsではギャップ周波数制御が可能なことを示し、Q~106を達成した。TiN- MKIDsでは酸素混入が見出されたため、酸素混入ルートの同定を行い新たに低酸素混入プロセスによるデバイス作製を進めた。また、CIRB観測用検出器開発では、NbTiN膜、Nb膜などを用いたデバイスを作製し、Q~106を達成した。さらに、AlとNbのHybrid型MKIDsを設計・試作した。
並行して評価系開発を進めた。まず、MKIDsの雑音測定システム、カメラの光学効率測定システム、高精度偏光測定システムを開発した。また、500画素カメラのビームパターン測定用広視野光学系を設計した。
システム開発では、Al-MKIDsをもちいて102画素カメラを開発し、歩留まり90 %以上を実現するとともに、雑音測定やビームパターン測定をおこなった。また、Al-MKIDsによる500画素カメラの設計を進めるとともに、0.1K冷凍機で実現する極低温リレーレンズ系の熱設計、光学設計、磁場対策を行った。また、読み出し系開発では、FPGAを用いたMKIDs周波数領域読み出しシステム開発において問題点が見出されたため、回路設計を見直し、最終的に検出器ノイズよりも十分低い読み出しを確認した。さらに、地上観測用システムであるGroundBIRDの冷凍機、フィルタ系の設計・試作などを引き続き進めた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
検出デバイス開発では、MKIDsを用いた研究開発を進めており、デバイス開発のみならず、評価システム開発、読み出しシステム開発、及び、地上試験用システム開発を進めた。最大の懸案であるアレイ化については、500画素カメラ、及び、その評価システム開発を進め、これを複数ユニット用いることで1000画素実現に目処がついた。また、地上観測用評価システムであるGroundBIRDについては、単なる評価用システムとしてではなく、実際に科学研究が実現できる構成として冷凍機開発や温度設計なども進めており、平成25年中にはシステム評価実験を行う予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終目標を達成するために、これまで各機関で研究開発を進めてきた要素技術の統合を進めてきた。平成25年度はこれをさらに加速し、理研、国立天文台、KEK、岡山大が密接に連携しつつシステム完成と試験を目指す。特にシステム化においては、引き続き計画研究A01と密な連携を計りながら研究を進める。
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[Journal Article] Beam Pattern Measurements of Millimeter-Wave Kinetic Inductance Detector Camera With Direct Machined Silicon Lens Array2013
Author(s)
T.Nitta, M.Naruse, Y.Sekimoto, K.Mitsui, N.Okada, K.Karatsu, M.Sekine, H.Matsuo, T.Noguchi, Y.Uzawa, M.Seta, N.Nakai
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Journal Title
IEEE Trans. THz. Sci. Tech.
Volume: 3
Pages: 56-62
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Development of Crystal Al MKIDs by Molecular Beam Epitaxy2012
Author(s)
M. Naruse, Y. Sekimoto, T. Noguchi, A. Miyachi, T. Nitta, Y. Uzawa, M. Naruse, Y. Sekimoto, T. Noguchi, A. Miyachi, T. Nitta, Y. Uzawa
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Journal Title
Journal of Low Temperature Physics
Volume: 167
Pages: 373-378
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Development of 1000 arrays MKID Camera for the CMB Observation2012
Author(s)
Karatsu, K., Naruse, M., Nitta, T., Masakazu Sekine, Yutaro Sekimoto, Noguchi, T., Uzawa, Y., Matsuo, H., Kiuchi, H.
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Journal Title
Proc. SPIE
Volume: 8452
Pages: 84520Q
DOI
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[Journal Article] Development of Superconducting Detectors for Measurements of Cosmic Microwave Background2012
Author(s)
K. Hattori, M. Hazumi, H. Ishino, M. Kawai, A. Kibayashi, N. Kimura, S. Mima, T. Noguchi, T. Okamura, N. Sato, O. Tajima, T. Tomaru, H. Watanabe and M. Yoshida
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Journal Title
Physics Procedia
Volume: 37
Pages: 1406-1412
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] 超伝導 トンネル接合素子(STJ)をもちいた宇宙マイクロ波背景放射偏光観測カメラの開発2012
Author(s)
美馬覚,大谷知行,石野宏和,岐部佳郎,山田要介,湯浅泰気,羽澄昌史,吉田光宏,佐藤 伸明,都丸隆行,渡辺広記,野口卓,KEK測定器開発（超伝導検出器グループ）
Organizer
日本物理学会 2012年秋季大会
Place of Presentation
京都
Year and Date
2012-09-18 – 2012-09-21
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