複合冷却機構を利用した新しいテラヘルツ帯HEBミクサの開発

超伝導ホットエレクトロン・ボロメータ(HEB)ミクサは、テラヘルツ帯における高感度ヘテロタイン検出素子として、世界的に活発な開発・研究が展開されている。これまで、拡散冷却型と格子冷却型の2つが提案され、それぞれに別な超伝導物質を用いた開発が進められてきた。なかでも、NbNを超伝導物質に用いた格子冷却型HEBミクサが一定の成功を収めており、Herschel宇宙望遠鏡などでの応用が始まりつつある。しかし、その性能はサブミリ波帯のSISミクサと比べて、感度の点でも中間周波帯域の点でも改善の余地が依然として残されている。我々は、NbTiNを用いたHEBミクサの開発過程において、格子冷却と拡散冷却の両方を利用する複合冷却が可能であり、性能の向上に極めて有効であることを見出した。本研究の目的は、複合冷却という新しい方式によるHEBミクサの開発を集中的に進め、0.8-1.5THz帯において世界最高性能の実用的HEBミクサ受信機を実現することにある。平成21年4月に交付内定を受け、直ちに研究計画実施の準備を進めた。超伝導HEBミクサを製作するために必要な製膜装置において、冷却水供給装置の容量が不十分であることが判明したため、新たな冷却水供給装置を導入した。また、HEBミクサ素子の製作に必要な物品の購入を行うとともに、高額物品導入のための調査を開始した。ところが、平成21年5月に、代表者が申請していた科学研究費補助金(基盤研究(S))の内定を受け、本研究計画はそのまま基盤研究(S)に引継ぎ、終了することになった。従って、本研究による研究実施はわずか1ヶ月である。そのため、まとまった成果はないが、基盤研究(S)の下支えとなった。

超伝導ホットエレクトロン・ボロメータ(HEB)ミクサは、テラヘルツ帯における高感度ヘテロタイン検出素子として、世界的に活発な開発・研究が展開されている。これまで、拡散冷却型と格子冷却型の2つが提案され、それぞれに別な超伝導物質を用いた開発が進められてきた。なかでも、NbNを超伝導物質に用いた格子冷却型HEBミクサが一定の成功を収めており、Herschel宇宙望遠鏡などでの応用が始まりつつある。しかし、その性能はサブミリ波帯のSISミクサと比べて、感度の点でも中間周波帯域の点でも改善の余地が依然として残されている。我々は、NbTiNを用いたHEBミクサの開発過程において、格子冷却と拡散冷却の両方を利用する複合冷却が可能であり、性能の向上に極めて有効であることを見出した。本研究の目的は、複合冷却という新しい方式によるHEBミクサの開発を集中的に進め、0.8-1.5THz帯において世界最高性能の実用的HEBミクサ受信機を実現することにある。平成21年4月に交付内定を受け、直ちに研究計画実施の準備を進めた。超伝導HEBミクサを製作するために必要な製膜装置において、冷却水供給装置の容量が不十分であることが判明したため、新たな冷却水供給装置を導入した。また、HEBミクサ素子の製作に必要な物品の購入を行うとともに、高額物品導入のための調査を開始した。ところが、平成21年5月に、代表者が申請していた科学研究費補助金(基盤研究(S))の内定を受け、本研究計画はそのまま基盤研究(S)に引継ぎ、終了することになった。従って、本研究による研究実施はわずか1ヶ月である。そのため、まとまった成果はないが、基盤研究(S)の下支えとなった。