サブミリ波帯多色観測による銀河団プラズマダイナミクスの解明

通过亚毫米多色观测阐明星系团等离子体动力学

• 批准号: 22KJ0583
• 负责人: 宇野 慎介
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0583/
• 关键词: 電波天文学; ミリ波サブミリ波; テラヘルツ技術; 超伝導フィルター; 超伝導検出器; 超伝導エレクトロニクス; 銀河団; 偏波分離器; 直交偏波分離器; 光学フィルター; 微細プロセス技術

本年度では、サブミリ波帯多色カメラの超伝導回路上に集積化するオンチップバンドパスフィルターおよび超伝導光子検出器であるマイクロ波力学インダクタンス検出器(MKID)を設計した。当初、オンチップフィルターとMKIDの両者ともに製造が比較的容易なコプレーナ線路を基本構造に定めて構成した。オンチップフィルターから後段の1/4波長共振器型ハイブリッドMKIDへと光子を高効率に伝送させるべく、バンドパスフィルター回路の終端素子を変更し、フィルター-MKID間の接続を中間構造なしに成立させた新設計を考案した。そしてコプレーナ線路の放射損失が抑制されるような超伝導体NbTiN薄膜の高いシートインダクタンスLs=1pH/sqを仮定してフィルターの構造を決定できた。放射を考慮した電磁界シミュレーションの結果、概ね期待通りのバンドパス特性が得られた一方、フィルターの構造に由来する放射損失がバンド内で数十%程度発生することが判明した。そこで代わりに放射損失の少ないマイクロストリップ線路を基本構造としたフィルターも設計し、最終的にコプレーナ線路もしくはマイクロストリップ線路の2通りの構造それぞれでミリ波帯3バンド(150/220/270GHz)に対する設計最適解を得た。更に設計と並行して、超伝導回路の試作および極低温試験を実施した。最小2μm程度までの微細加工により回路パターンが作れること、また回路の図面と製作品との間に差異が生じうることについての調査を積み重ねた。その上で、試験的にオンチップフィルターと半波長共振器を直結させたニオブ製の超伝導回路を作製し、極低温下に置いた各素子から共振信号が読み出せることを確認した。

This year's で は, サ ブ ミ リ wave 帯 multicolor カ メ ラ の super 伝 guide に set back to the way product change す る オ ン チ ッ プ バ ン ド パ ス フ ィ ル タ ー お よ び super 伝 guide photon 検 extractor で あ る マ イ ク ロ wave mechanics イ ン ダ ク タ ン ス 検 extractor (MKID) を design し た. At the beginning, オ ン チ ッ プ フ ィ ル タ ー と MKID の struck the と も に making が is easy な コ プ レ ー ナ line set basic construction に を め て constitute し た. オ ン チ ッ プ フ ィ ル タ ー か ら period after a quarter wavelength resonance の ware ハ イ ブ リ ッ ド MKID へ と photon を high working rate に 伝 send さ せ る べ く, バ ン ド パ ス フ ィ ル タ ー loop の terminal element child を - more し, フ ィ ル タ ー - MKID の connect between 続 を middle tectonic な し に established さ せ を た new design test case し た. そ し て コ プ レ ー ナ line の radiation loss が inhibit さ れ る よ う な ultra high 伝 NbTiN conductor film の い シ ー ト イ ン ダ ク タ ン ス Ls = 1 ph/sq を 仮 set し て フ ィ ル タ ー の tectonic を decided で き た. Radiation を consider し た electromagnetic field シ ミ ュ レ ー シ ョ ン の results, almost ね expect り の バ ン ド パ ス features が have ら れ た side, フ ィ ル タ ー の tectonic に origin す る radiation loss が バ ン で dozens % in ド 発 raw す る こ と が.at し た. そ こ で generation わ り に radiation loss less の な い マ イ ク ロ ス ト リ ッ プ line を basic construction と し た フ ィ ル タ ー も し design, final に コ プ レ ー ナ line も し く は マ イ ク ロ ス ト リ ッ プ line の 2 tong り の tectonic そ れ ぞ れ で ミ リ wave 帯 3 バ ン ド (150/220/270 GHZ) に す seaborne た を る design optimal solution. Further に design と parallel <s:1> て, ultra-伝 conduction circuit <s:1> trial work および extremely low temperature experiment を implementation た. Minimum 2 microns degree ま で の microfabrication に よ り loop パ タ ー ン が as れ る こ と, ま た loop の 図 surface と system works と の が に differences between raw じ う る こ と に つ い て の survey を product み heavy ね た. そ の で, test に オ ン チ ッ プ フ ィ ル タ ー と half wave resonator を "straight さ せ た ニ オ ブ system の super 伝 し the guide loop を cropping, extremely low temperatures に い た each element child か ら resonance signal が 読 み out せ る こ と を confirm し た.

项目成果

デルフト工科大学/オランダ宇宙研究所(オランダ)

代尔夫特理工大学/荷兰空间研究所（荷兰）

Material Properties of a Low Contraction and Resistivity Silicon-Aluminum Composite for Cryogenic Detectors

低温探测器用低收缩低电阻率硅铝复合材料的材料特性

• DOI: 10.1007/s10909-022-02795-9
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Low Temperature Physics
• 影响因子: 2
• 作者: Takekoshi Tatsuya;Lee Kianhong;Chin Kah Wuy;Uno Shinsuke;Naganuma Toyo;Inoue Shuhei;Niwa Yuka;Fujita Kazuyuki;Kouchi Akira;Nakatsubo Shunichi;Mima Satoru;Oshima Tai
• 通讯作者: Oshima Tai

広帯域ミリ波サブミリ波帯多色カメラ用平面型直交偏波分離器の設計

宽带毫米波亚毫米波多色相机平面正交偏振分离器设计

• 发表时间: 2022
• 作者: 宇野慎介;陳家偉;井上修平;大島泰;竹腰達哉;長沼桐葉;丹羽佑果
• 通讯作者: 丹羽佑果