Non-Hermitian quantum spin-photon coupled system
| Project/Area Number |
23K20817
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| Project/Area Number (Other) |
21H01009 (2021-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2021-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 13020:Semiconductors, optical properties of condensed matter and atomic physics-related
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
野村 晋太郎 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (90271527)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川口 由紀 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (00456261)
柏谷 聡 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (40356770)
渡邊 幸志 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (50392684)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000)
Fiscal Year 2024: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2021: ¥11,440,000 (Direct Cost: ¥8,800,000、Indirect Cost: ¥2,640,000)
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| Keywords | 非エルミート / ダイヤモンドNVセンター / 量子スピン / マイクロ波共振器 / 量子計測 |
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| Outline of Research at the Start |
実験室内の閉じた系では、環境から切り離された理想的な状況である「エルミート系」を実現することが可能である。しかし、現実の開かれた系では環境の影響を切り離すことはできず「非エルミート系」となる。非エルミート系の理論の最近の進展により、環境を外部のものとして切り離すのではなく、環境と実験系との間の結合を含めて制御することにより、従来にない量子現象を実現可能であることが示された。その成果を踏まえ、本研究は量子系のコヒーレント制御の可能性を追求し、環境ノイズ下での量子計測における測定限界を拡大することを目的とする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
１） ダイヤモンドNVセンターと共振器との結合に関わる現象を調べるにあたって、光検出磁気共鳴スペクトル(ODMR)の線幅によって観測可能な現象を左右されるる。そこで本年度ダイヤモンドNVセンター構造を設計、作製、基礎的特性の測定を引き続き実施し、ODMR線幅の狭いダイヤモンドNVセンター試料の作製条件を探った。12C同位体に純化した原料ガスを用いた15Nドープ高純度CVD試料を産業技術総合研究所内の施設で合成し、本研究課題の実施に適した設計のダイヤモンドアンサンブルNVセンター試料を作製した。ダイヤモンドCVD成長後のイオン注入、高温熱処理を行った複数の試料を作製し、最適条件を探った。イオン注入前後、高温熱処理前後において、ODMR、ラムゼーフリンジ、Hahnエコー測定を行った。その結果、窒素ドープ量が等しい場合を比較して、ODMR線幅 0.34 MHz以下と前年度の0.50 MHzより狭い線幅を得ることに成功した。 この試料のアンサンブルHahnエコーコヒーレンス時間T2 として77μsが得られた。
２）非エルミートなハミルトニアンによって記述される量子系のために、FDTD法によるシミュレーションを用いて、マイクロストリップライン型のマイクロ波共振器構造を設計、製作した。共振器とマイクロストリップライン間の結合を変えた複数のマイクロ波共振器を評価した。ベクトルネットワークアナライザを用いてSパラメータを測定し、それぞれの共振器について結合の大きさと共振周波数を調べた。以上により、本研究課題の実験に適した構造を割り出した。
３）非エルミートなハミルトニアンによって記述される量子系の制御と観測のためのヘリウムクライオスタット中顕微分光系のマイクロ波パルス印加系の構築と評価を実施した。
1) -3) について得られた結果は研究分担者の川口他と共有し、議論を行い、理論的検討を加えた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
12C同位体に純化した原料ガスを用いて成長したダイヤモンドNVセンター試料に対するイオン注入、高温熱処理の効果を探ることにより、ODMR線幅 0.35 MHz, アンサンブルHahnエコーコヒーレンス時間T2 として77μsのアンサンブルNVセンター試料を得ることに成功した。これは前年度に作製された試料のODMR線幅 0.5 MHzからさらに特性の向上を図ることに成功したのものであり、着実な研究の進捗を示す。共振器とマイクロストリップライン間の結合を変えた複数のマイクロ波共振器を評価し、ベクトルネットワークアナライザを用いてSパラメータを評価し、実験に適した構造を割り出すことに成功した。今年度ヘリウムクライオスタット中に量子系の制御と観測のための顕微分光系に対するマイクロ波パルス印加系の構築を行い、評価を行うことに成功した。さらに、当初計画にはなかったが、従来の方法と比較して短時間で核スピン状態の制御する方法を考案し、ダイヤモンドNVセンター電子スピン状態の操作から窒素原子核スピン状態の制御とそのラビ振動の観測に成功した。その結果、NVセンター電子スピン状態に必ず影響を及ぼす窒素核スピンの制御から、関わる量子系の制御のための重要な知見が得られた。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの計画通りに研究を推進していく。
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Report
(2 results)
Research Products
(14 results)
