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1GHz 이하 대역에서는 파라메트릭 증폭기 개발이 상대적으로 부진했는데, 연구팀은 300~700MHz에서 작동하며 30dB를 넘는 이득과 수백 나노와트 수준의 펌프 출력을 갖는 운동인덕턴스 진행파 파라메트릭 증폭기(KI-TWPA)를 제시했다. 가변온도 잡음원으로 측정한 시스템 잡음 성능은 2.5~3.5 양자(quanta)로, 반도체 스핀 큐비트 판독과 초전도 검출기 배열, 표준모형을 넘어서는 새로운 물리 탐색 등에 활용될 수 있다. 연구팀은 이득 변동, 압축점, 여러 작동 온도에서의 증폭기 잡음, 입력 서큘레이터를 이용한 판독, 자기장 비민감성 등 액시온 탐색과 관련된 성능 항목들을 특성화했다.
arXiv astro-ph.IM (관측기기)
프린스턴 액시온 탐색(Princeton Axion Search, PXS)은 DFSZ 감도로 0.8~2.1 μeV(200~500 MHz) 질량 영역을 탐색하는 할로스코프 실험으로, 5 T 솔레노이드 자기장 안에 지름 700 mm·높이 1,022 mm의 구리 도금 알루미늄 원통형 공동을 둔다. 공동 높이 전체를 가로지르는 지름 152 mm 튜닝 로드를 회전시켜 초기 운용 구간인 390~480 MHz에서 주 모드 공명 주파수를 조정한다. 연구진은 빈 공동에 유전체·금속 비드 섭동을 가해 전기장과 자기장 모드 패턴을 도출했고, 측정된 모드 주파수와 TM010 전기장 분포가 시뮬레이션과 매우 잘 일치함을 확인했다. 또한 끝판 휘어짐과 튜닝 로드 기울기 같은 제작·조립 오차의 영향을 기술하고, 용접 이음부와 엔드캡 접합부가 Q값을 크게 떨어뜨리지 않음을 보였다. 측정과 시뮬레이션을 결합해 전체 튜닝 영역에서 형상계수 불확도를 평가했으며, 이 결과는 PXS 공동 구조의 타당성을 입증하고 서브-μeV 액시온 탐색 설계에 활용될 수 있다.
arXiv astro-ph.IM (관측기기)