超小型・高分解能な超伝導転移端センサの開発

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超高感度、高波長分解能かつ可視光、近赤外域で一気にスペクトルイメージングを行うための超伝導検出器の研究を行う。超伝導転移端センサ(TES)は、超高感度で可視光、近赤外域の単一光子を一個ずつ分光して検出可能という、既存の検出器にない大きな特徴がある。一方、波長分解能向上についてはまだ開発途上である(近赤外で100 nm、可視光で50 nm)。バイオサンプルからの自家蛍光などをスペクトルを詳細に取得しながらイメージングするには、より高い波長分解能が望ましい。本研究では、波長分解能向上に取り組む。本研究は、(1)小型TESに高効率で集光できるフラットレンズの開発(2)2 umかそれ以下のサイズの小型TES(3)超伝導転移温度を下げることによる分解能向上の取り組みを行なっている。(3)については、超伝導転移温度(Tc)を従来の300 mKから115 mKまで下げることで、世界最高レベルのエネルギー分解能向上(67 meV)を実現した(K. Hattori et al., Supercond. Sci. Technol. 35 095002 (2022))。一方で、分解能決定要因を探索したところ、未知のノイズの寄与が既知のノイズと同等程度あることが分かった。既知のノイズを下げるためには、TESの小型化が必要であるが、未知のノイズを下げない限りは分解能が向上しないことが分かった。未知のノイズの寄与の一つとして、フォノンノイズが考えられる。(1)の小型TESは、小型化によってフォノンの収集効率を低下させ、フォノンノイズを増大させるのではないかと考えられる。また、実験からもその可能性が示唆されている。そこで、フォノンノイズを減少させるような新たなデザインのTESを作成する必要があることが分かってきた。