極低温環境で運用できる高速スキャンによる超伝導体の状態検査マッピングシステム

使用高速扫描的超导体状态检查测绘系统，可在低温环境下运行

基本信息

批准号：
22K03652
负责人：
頓宮拓
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03652/
关键词：
温度特性温度センサー加速器超伝導極低温

项目摘要

令和4年度は実施計画のとおり、高い転移温度の超伝導素材の計測を考慮した高温(<20K程度)に感度を持つ温度センサーの探索、およびマッピングシステムの計測回路設計を進めた。本課題の要である極低温環境下で運用できるセンサー温度特性測定システムの開発はセンサー探索モジュールの設計から行なった。センサー探索モジュールの設計、製作と同時に候補となるセンサーの情報収集、購入、年度後期には大阪大学にて製作したモジュールを使用して低温環境でのセンサー温度特性測定の運用テストを行った。本課題では液体ヘリウムを充填したクライオスタットの極低温環境を利用するため、冷凍機よりも極低温環境運用の利便性は劣るが、大阪大学の既存設備を利用し、安価で実験環境を構築できている。さらに、限られた実験回数でも多種多様のセンサーを調査を可能とするため、センサー探索モジュールは一度に64個のセンサーを測定できるよう設計した。運用テストにて数種類の酸化ルテニウムチップ抵抗の温度特性を測定し、探索モジュールの温度特性計測システムとしての設計思想に大きな問題がないことを確認できた。極低温環境において液体ヘリウムとヒーターによる熱伝導を利用してセンサー環境の温度調整を行い、センサーの温度特性を計測する。そのため環境温度の安定維持が難しく、運用テストにおいて温度調整に非常に時間を要することが判明した。実験時間の短縮、測定精度の向上などの装置運用、および実験手法の確立などにおいて、急ぎ改善が必要であるが、目的とする20K温度域での温度センサーの探索システムを大枠だが構築することができた。この成果により温度センサーの選定、試作マッピングシステムの製作に計画を進めることができる。

根据2022年的实施计划，要研究对高温敏感的温度传感器（约20K），考虑到测量具有高过渡温度的超导材料，并设计用于映射系统的测量电路。通过设计传感器搜索模块，可以在非常低温的环境中运行传感器温度特性测量系统，该系统可以在极端低温的环境中进行操作，这是该问题的关键。在设计和制造传感器搜索模块的同时，为候选传感器收集和购买了信息，在财政年度的下半年，我们进行了操作测试，以使用大阪大学制造的模块在低温环境中测量传感器温度特性。本期使用充满液态氦气的极低冷冻仪，因此，尽管与冰柜相比，操作极为低温的环境不那么方便，但可以使用大阪大学的现有设施以低成本来创建实验环境。此外，为了对各种传感器进行研究，即使使用数量有限的实验，传感器搜索模块也被设计为一次测量64个传感器。在操作测试中，测量了几种类型的氧化芳族芯片抗性的温度特性，并确认在搜索模块的温度特性测量系统的设计概念中没有重大问题。在极端低温的环境中，使用液态氦气和加热器调节传感器环境的温度，以测量传感器的温度特性。已经发现这很难保持稳定的环境温度，并且发现在操作测试期间需要大量时间来调整温度。尽管在设备的运行中需要进行紧急改进，例如减少实验时间，提高测量准确性并建立实验方法，但我们能够在目标温度范围内为温度传感器搜索系统建立一个通用框架。该结果允许选择温度传感器和原型映射系统的生产。