原始星進化の化学判断を目的としたテラヘルツ帯HEBミクサ受信機の開発

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本研究には3つのステップがある。まず、THz帯分光観測に不可欠な超伝導HEB (Hot Electron Bolometer)ミクサ素子の開発である。次に、受信機の製作、ASTE望遠鏡への搭載と試験観測、最後に同望遠鏡を用いた科学観測である。観測目的は、星形成のごく初期段階にある星間分子雲の化学組成の解明であり、後の星形成、惑星系形成に至る物質進化の謎を解き明かす鍵が得られると期待される。2010年度は1.5THz帯で世界一高感度な素子の製作に成功した。11年度は素子の更なる改良、受信機の製作、ASTE望遠鏡への初搭載と試験観測を行った。12年度は科学観測を目指した。12年度は0.9THz帯のHEBミクサを重点的に改良し、受信機雑音で350Kの低雑音ミクサを製作した。これは量子雑音の約9倍である。また、11年度の初搭載の成功と課題を踏まえ、受信機の改良を行った。改良点は2点ある。まず、局部発振信号の安定化である。発振器を受信機デュワーに取り付けている光学台を剛性の高いものに変更し、機械振動による信号の強度変化を抑えた。次に、完全リモート観測への対応である。光学台とbias源をリモート制御に変更し、山麓施設からの観測も可能にした。これらの改良を施したTHz受信機をASTE望遠鏡に搭載した。受信機は予定通り動作したが、望遠鏡施設のトラブルにより急遽搭載を中止、12年度の観測はキャンセルされた。続いて実験室でミクサ素子のプロファイリングを行った。私の製作したHEBミクサは非常に厚い超伝導薄膜を用いているにも関わらず、極めて低雑音である。これは従来考えられてきたように基板による冷却だけでなく、電極による冷却が働いているのではないかと考え、これを確かめる実験を行った。すると、後者が前者の約2倍の効率で働いているという結果が得られ、電極間の距離の短縮が性能改善の鍵であることを明らかにした。