Nb系超伝導トンネル接合X線検出器の動作モードの研究

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電子技術総合研究所において200×200μm^2の面積を有し、非常に優れた電流-電圧(I-V)特性を示すNb/Al-AlO_X/Nbトンネル接合が作製された。このトンネル接合をX線検出器として動作する際に必要な、超伝導電流を抑制するための磁場の印加速度の違いにより、検出信号のパルス波高が異なる2つの安定な動作モードが観測された。本研究では、トンネル接合の検出器としての動作モードと、I-V特性との関係を定量的に評価するために、超伝導トンネル接合における、トンネル電流、バイアス電圧及び印加磁場の関係を表すSine-Gordon方程式を数値的に解く計算コードを作成した。本研究で作成した計算コードを用いた解析から、印加する磁場の非常に微小な差で、トンネル接合内の準粒子系の位相と外部からの電磁場との共鳴モードが大きく変化し、パルス波高が高いモードと低いモードにおけるバイアス点近傍の動作抵抗が、それぞれ85kΩ及び13kΩと異なることがわかり、実験結果を定量的に説明することができた。従来、トンネル接合を検出器として動作する際には、クライオスタットの外部から電磁石により磁場を印加していた。この方式では、磁場をトンネル接合上に正確に印加することは困難であり、さらに、クライオスタット内部の微少振動による電磁場の微少な変動の原因ともなる。そこで本研究では、超伝導電流抑制磁場印加用コイルをトンネル接合上に作製する方式を考案し、設計・試作を行った。