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2016 Fiscal Year Research-status Report

多価イオンによる量子ビット作成

Research Project

Project/Area Number 15K13409
Research InstitutionKobe University

Principal Investigator

櫻井 誠  神戸大学, 理学研究科, 准教授 (90170646)

Project Period (FY) 2015-04-01 – 2018-03-31
Keywords多価イオン / 量子ビット / 単一イオン注入 / STM
Outline of Annual Research Achievements

本研究では、イオンを1個1個固体表面に打ち込む、いわゆる単一イオン注入(Single Ion Implantation, SII)技術を、入射イオンとして多価イオンを用いる方法を確立し、SIIにより多価イオンを半導体などの表面に打ち込み、埋め込まれた原子の保有する量子状態を量子ビットとして利用することの可能性を探索する。
多価イオンを用いると、SIIによる量子ビット作成において従来困難とされていた、イオン1個が入射した事象を100%の確度で検知することが可能となり、本研究により多数の量子ビットを配列させる必要がある実用的な量子コンピュータの開発に大きく寄与すると期待される。
本年度は、昨年度開発した「その場STM」を収納する真空容器、多価イオンを真空容器内に搬送するビーム輸送系を製作した。「その場STM」とは、従来多価イオン照射と照射後の表面のSTM観察を別の真空系で行っていたものを、照射とSTM観察が同時に行えるように工夫した装置である。STM観察を真空中で行うためには、まずSTMチップと試料の距離をトンネル電流が流れる程度まで近づけるアプローチ機構が必要であり、大気中での動作を想定して昨年度製作し、使用したアプローチ機構を改良する必要がある。本年度はこれを考慮した、特殊なのぞき窓を備えた真空容器と、イオン源から水平方向に搬送される多価イオンビームを、ビームの特性を損なうことなく垂直方向に偏向させる四極ベンダー、および除振機構を備えた、真空系の支持架台を製作した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

真空中でのその場STM観察を行うための、実験装置の構成部品の製作に当初想定したより時間を費やしたため。

Strategy for Future Research Activity

単一イオン注入実現の全段階として、試料表面への多価イオン1個の入射と、入射直後での痕跡のSTM観察が必要である。これを可能にするためには、ピンホールを用いた多価イオンビームのナノサイズ化と、ピンホールがSTMチップの近くに設置されている必要がある。これを実現するために、AFM用市販カンチレバーのチップの近傍(1ミクロン以内)にFIB加工により大きさがnmオーダーの穴を設け、多価イオンのビームサイズを制限するピンホールとする。
本研究の最終目標である単一イオン注入、すなわちイオンを1個ずつ試料表面に入射させるためには、1個のイオンの入射が確実に検知できなければならない。多価イオンが試料に入射したときに発生する大量の2次電子を荷電粒子検出器で計測して入射を知らせる信号とするが、多価イオンが試料以外の場所に入射したときに発生する2次電子をこの検出器が検出しないようにしなければならない。このため、荷電粒子の軌道シミュレーションにより、試料に対するマスクやカンチレバーの電位を最適化する。本資金の範囲で単一イオン注入を実現させるには困難が予想されるが、成功に近づける努力をしたい。

Causes of Carryover

予定していた高圧電源の購入時期が遅れたため、残額が生じた。

Expenditure Plan for Carryover Budget

来年度の高圧電源の支払いに使用する。

  • Research Products

    (7 results)

All 2017 2016

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] Potential Effects in the Interaction of Highly Charged Ions with Solid Surfaces2016

    • Author(s)
      M. Sakurai, K. Sasaki, T. Miyamoto, D. Kato and H. A. Sakaue
    • Journal Title

      e-J. Surf. Sci. Nanotech.

      Volume: 4 Pages: 1-3

    • DOI

      http://doi.org/10.1380/ejssnt.2016.1

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Luminescence from reactor relevant material surfaces induced by slow highly charged ions2016

    • Author(s)
      M. Sakurai, K. Sasaki, T. Miyamoto, N. Nishida, D. Kato, H.A. Sakaue, Y. Hishinuma, and T. Tanaka
    • Journal Title

      Annual report of national institute for fusion science

      Volume: なし Pages: 405

  • [Presentation] Studies on interaction of highly charged ions with surface using Kobe EBIS2017

    • Author(s)
      N. Nishida, K. Betsumiya、T. Tokui、K. Suzuki、M. Sakurai、T. Sakurai、S. Honda、M. Terasawa、D. Kato、H.A.Sakaue、T. Ikeda
    • Organizer
      Symposium on Surface Science & Nanotechnology -25th Anniversary of SSSJ Kansai
    • Place of Presentation
      京都市国際交流会館(京都府・京都市)
    • Year and Date
      2017-01-24
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Irradiation effect in multi-walled carbon nanotubes by highly charged ions2017

    • Author(s)
      M. Kato, Y. Fujiwara, S. Honda, M. Terasawa, M. Niibe, M. Sakurai, N. Nishida, T. Tokui, K. Suzuki, K. Betsumiya, K.Niwase, and K. -Y. Lee
    • Organizer
      Symposium on Surface Science & Nanotechnology -25th Anniversary of SSSJ Kansai
    • Place of Presentation
      京都市国際交流会館(京都府・京都市)
    • Year and Date
      2017-01-24
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Nano-scale surface modification and analysis using highly charged ions2016

    • Author(s)
      M. Sakurai
    • Organizer
      BIT’s 6th Annual World Congress of Nano Science & Technology
    • Place of Presentation
      Holiday Inn Singapore Atrium(シンガポール)
    • Year and Date
      2016-10-28
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 多価イオン照射による多層カーボンナノチューブの構造変化2016

    • Author(s)
      西田 尚史, 徳井 太央貴, 佐々木 康二, 宮本 貴裕, 櫻井 誠, 出野 文哉, 山下 拳太郎, 加藤 雅基, 寺澤 倫孝, 本多 信一
    • Organizer
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ(新潟県・新潟市)
    • Year and Date
      2016-09-15
  • [Presentation] Toward quantum bit generation using single highly charged ion implantation2016

    • Author(s)
      M. Sakurai
    • Organizer
      CC3DMR 2016
    • Place of Presentation
      Songdo Convensia (韓国・仁川)
    • Year and Date
      2016-06-21
    • Int'l Joint Research / Invited

URL: 

Published: 2018-01-16  

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