Positive utilization; Excess quasiparticle injection in superconducting tunnel junction X-ray detector with quasiparticle trapping layers

準粒子トラップ層を持つ超伝導トンネル接合型X線検出器への過剰準粒子注入の積極的利用

中村 龍也  ; 片桐 政樹; 大久保 雅隆*; Pressler, H.*; 高橋 浩之*; 中澤 正治*

Nakamura, Tatsuya; Katagiri, Masaki; Okubo, Masataka*; Pressler, H.*; Takahashi, Hiroyuki*; Nakazawa, Masaharu*

準粒子トラップ層を持つ超伝導トンネル接合型X線検出器(Nb/Al/AlOx/Al/Nb)において、ある条件下では周期的な電荷出力分布を持つことをLTSSMによる実験から初めて明らかにした。このような電荷出力分布はSTJ検出器のエネルギー分解能を顕著に劣化する原因の一つである。本周期構造は、(1)素子サイズがジョセフソン特性長,、の2倍以上、かつ(2)バイアス電圧が0.2mV以上、において生じ、その周期はおよそ100であった。この周期的電荷出力分布の起源は超伝導電極への過剰準粒子注入による超伝導不安定性にあると考えられる。したがって、準粒子トラップ層を持つSTJ検出器の高エネルギー分解能化のためには、素子を準粒子トラップ層のエネルギーギャップに相当するバイアス電圧以下で動作させる、あるいは2以下の大きさの素子とする必要があることがわかった。

Periodical distribution of charge output in superconducting tunnel junction (STJ) having a structure of Nb/Al/AlO/Al/Nb with size of 200 x 200 was first observed by Low Temperature Scanning Synchrotron Microscope experiments. Two swelled parts were appeared in the distribution of charge output and the period of the swelled parts was about 100. It is found that this distribution was occurred under the conditions; (1) the size of the STJ is more than twice of Josephson characteristic length and (2) a bias voltage applied to the device is more than 0.2mV of about the energy gap of the trapping layers. It was confirmed that this anomalous distribution of charge output significantly distorts the shape of the photo peak and degrades the energy resolution of the STJ detector.