超小型・高分解能な超伝導転移端センサの開発

开发超紧凑、高分辨率超导过渡边缘传感器

• 批准号: 20K04610
• 负责人: 服部 香里
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20K04610/
• 关键词: 単一光子検出器; 超伝導検出器; 微弱光イメージング; フラットレンズ; 超伝導転移端センサ; 超伝導転移端センサー

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。

我们将对超高灵敏度，高波长分辨率，可见光和近红外的超导探测器进行研究。超导过渡端传感器（TES）具有在现有检测器中未发现的主要特征，因为它们非常敏感，并且可以通过一一近红外区域的光谱单光子来检测。另一方面，波长分辨率的改进仍在开发中（近红外100 nm，可见光为50 nm）。较高的波长分辨率对于成像是可取的，同时获得了详细的光谱，例如从生物样本中自动荧光。这项研究将致力于改善波长分辨率。这项研究正在努力通过（1）开发一种扁平透镜，该透镜可以在小苔丝（2）微型TE上收集高效率的光，尺寸为2 um或更小（3）较低的超导过渡温度。关于（3），通过降低传统的300 MK到115 MK的超导过渡温度（TC）来实现世界上最高水平的能源分辨率改进（67 MEV）（K. Hattori等人，Supercond。Sci。Sci。Technol。35095002（2022））。另一方面，在搜索分辨率决定因素时，发现未知噪声的贡献与已知的噪声相当。为了减少已知噪声，有必要将TES微型化，但是已经发现，除非降低噪声，否则分辨率不会改善。未知噪声的贡献之一是声子噪声。据认为，（1）中的小TE将降低音子收集的效率，并增加由于微型化而增加声子噪声。实验还提出了这种可能性。这导致人们意识到有必要创建一个新的TE设计，以减少声子噪声。

项目成果

Microscope spectroscopy using an optical transition-edge sensor

使用光学跃迁边缘传感器的显微镜光谱

• 发表时间: 2020
• 作者: Kaori Hattori;Toshio Konno;Nobuhiko Nomura;Chigusa Okano;Sachiko Takasu;Yutaka Yawata;Daiji Fukuda
• 通讯作者: Daiji Fukuda

高計数率超伝導転移端センサの開発

高计数率超导过渡边缘传感器的研制

• 发表时间: 2021
• 作者: 三浦 義隆;鷹巣 幸子;服部 香里;福田 大治
• 通讯作者: 福田 大治

Thermodynamic noise in optical transition-edge sensors

光学跃迁边缘传感器中的热力学噪声

• 发表时间: 2021
• 作者: Kaori Hattori;Toshio Konno;Sachiko Takasu;Daiji Fukuda
• 通讯作者: Daiji Fukuda

An optical transition-edge sensor with high energy resolution

• DOI: 10.1088/1361-6668/ac7e7b
• 发表时间: 2022-09-01
• 期刊: SUPERCONDUCTOR SCIENCE & TECHNOLOGY
• 影响因子: 3.6
• 作者: Hattori, Kaori;Konno, Toshio;Fukuda, Daiji
• 通讯作者: Fukuda, Daiji

Optical transition edge sensors: Wavelength dependence of system detection efficiency

光学过渡边缘传感器：系统检测效率的波长依赖性

• 发表时间: 2021
• 作者: Kaori Hattori;Toshio Konno;Yoshitaka Miura;Sachiko Takasu;Daiji Fukuda
• 通讯作者: Daiji Fukuda