2020 Fiscal Year Annual Research Report
Double Magnetic Resonance Measurements of Lightly-Doped Semiconductor at Ultra-Low Temperatures and under High Magnetic Fields with the Aim of Application to Quantum Computing(Fostering Joint International Research)
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16KK0098
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| Research Institution | University of Fukui |
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Principal Investigator |
藤井 裕 福井大学, 遠赤外領域開発研究センター, 准教授 (40334809)
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| Project Period (FY) |
2017 – 2020
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| Keywords | 電子スピン共鳴 / 核磁気共鳴 / 二重磁気共鳴 / 希薄ドープ半導体 / 希釈冷凍機 / 量子計算 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
最終年度には、国内において、平面型NMRコイルのさらなる改良をはかり、それを用いて希薄リンドープシリコンの二重磁気共鳴測定による31P-NMR信号の検出を再現することに成功した。これは動的核偏極を用いた高感度なNMR測定が可能で、今後、磁気共鳴型量子計算機実現へ向けたスピン操作の実証へ向けたひとつのハードルを越えたという意義を持つ。
研究期間全体を通して、量子計算機の候補デバイスである希薄ドープシリコンを舞台として、量子計算実現に必要とされる1 K以下の超低温、4テスラ以上の高磁場域における、ドナー電子とドーパント原子核スピンのスピンダイナミクスを、日本、フィンランド、韓国の国際共同研究により明らかにした。電子スピン共鳴(ESR)と核磁気共鳴(NMR)を組み合わせた二重磁気共鳴測定装置をフィンランドとの共同研究により開発し、ESR測定は主にフィンランドで、NMR測定は主に日本で行った。前者は電子スピンから見た核スピンダイナミクスを明らかにした。後者は量子ビットとなる核スピンを直接観測することに成功した。これらは今後の磁気共鳴型量子計算機の実現のために必要とされる、電子スピンおよび原子核スピンを支配する物理現象の基礎的理解を進めたことに加え、NMR信号直接観測により詳しい知見が得られる可能性をひらくものである。
技術的には、世界的にもこれまでなかった、高磁場・超低温域でESRとNMRの両方の測定が高感度に行える装置の開発に成功したという意義がある。
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Research Products
(26 results)
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[Int'l Joint Research] 韓国科学技術院(韓国)2018
Year and Date
2018-03-12 – 2018-03-17
Country Name
KOREA (REP. OF KOREA)
Counterpart Institution
韓国科学技術院
Co-investigator Overseas
Soonchil Lee
Department
Department of Physics
Job Title
教授
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[Journal Article] Development of an ESR/NMR Double-Magnetic-Resonance System for Use at Ultra-low Temperatures and in High Magnetic Fields and Its Use for Measurements of a Si Wafer Lightly Doped with 31P2021
Author(s)
Yuya Ishikawa, Yutaka Fujii, Akira Fukuda, Yuta Koizumi, Tsunehiro Omija, Tomoki Oida, Hidetomo Yamamori, Akira Matsubara, Seitaro Mitsudo, Soonchil Lee, Jarno Jarvinen, Sergey Vasiliev
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Journal Title
Applied Magnetic Resonance
Volume: 52
Pages: 305～315
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] Recent developments in magnetic resonance applications in the far-infrared region in FIR-UF2021
Author(s)
Seitaro Mitsudo, Yutaka Fujii, Yuya Ishikawa, Kanata Hayashi, Tomoki Oida, Tomonori Sano, Yusuke Takahashi, Akira Fukuda, Jarno Jarvinen, Sergey Vasiliev, Hikomitsu Kikuchi
Organizer
The 8th International Workshop on Far-Infrared Technologies (IW-FIRT 2021)
Int'l Joint Research
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