Study of terahertz-wave kinetic inductance detectors with superconducting metamaterials

超导超材料太赫兹波动感电感探测器研究

基本信息

批准号：
22K18991
负责人：
大谷知行
金额：
$ 3.99万
依托单位：
Institute of Physical and Chemical Research
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18991/
关键词：
超伝導メタマテリアル共振器 MKID 力学インダクタンス検出器

项目摘要

超伝導マイクロ波力学インダクタンス検出器（MKIDs）は、1本のマイクロ波信号読み出し線に共振周波数の異なるマイクロ波共振器を多数交流結合させた構造を有するため、1本の読み出し線で100個以上のピクセルの信号を同時に読み出せる検出器である。この検出器では、各ピクセルのデザインの差異により検出器特性のばらつきが生じるが、その主要因はマイクロ波共振器にあると考えられる。そこで、この課題解決のために、本研究では、超伝導マイクロ波共振器にメタマテリアル組み込みについて研究を行っている。2022年度は、共振器構造に組み込むメタマテリアル形状の１つとして、アナポール型メタマテリアルの設計とシミュレーションを実施した。具体的には、Nb超伝導体を用いた構造において、リング共振器の外径、太さ、ギャップの幅などの条件を変え、メタマテリアル励起透過（TIT）を示すような条件の探索を行い、良好なTITを示す条件を見出した。そして、その条件下での表面電流分布、電場強度分布、磁場強度分布を求めた。これらの条件をもとに、2023年度は実際のデバイスを作製し、希釈冷凍機での測定実験を進める予定である。

超导微波机械电感检测器（MKID）具有一个结构，其中具有不同谐振频率的多个微波谐振器与一个微波信号读数线路耦合，因此它们是可以同时读取100或更多像素的读取线的检测器。在该检测器中，由于每个像素的设计差异，检测器特性的变化发生了，但据信主要因素是微波谐振器。因此，为了解决这个问题，这项研究正在研究将超材料掺入超导微波谐振器中的研究。在2022年，我们设计和模拟了Ananapol超材料，作为将要掺入谐振器结构中的超材料形状之一。具体而言，在使用NB超导体的结构中，更改了外径，厚度，厚度，间隙宽度等条件，并搜索条件以表明找到超材料激发传播（TIT），并发现了显示良好TIT的条件。然后确定这些条件下的表面电流分布，电场强度分布和磁场强度分布。基于这些条件，我们计划在2023财年制造实际设备，并使用稀释的冰箱进行测量实验。