2018 Fiscal Year Research-status Report
量子計算モデルとなる希薄ドープ半導体の超低温・高磁場での磁気共鳴法による研究
| Project/Area Number |
17K05514
|
|---|
| Research Institution | University of Fukui |
|---|
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)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
福田 昭 兵庫医科大学, 医学部, 准教授 (70360633)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
|
| 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 / 平面型NMRコイル / シリコン / 抵抗検出型ESR |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、希釈冷凍機を用いた超低温・高磁場での電子スピン共鳴（ESR）と核磁気共鳴（NMR）の二重磁気共鳴システムを用いて、動的核偏極（DNP）による核スピン「超偏極」状態を生み出すこととNMR検出感度を従来の二重磁気共鳴用共振器よりも向上させることが肝要である。昨年度はDNPにより最大50%の核偏極を得ることに成功し、新たな共振器デザインを2種類試作してそれぞれESR信号とNMR信号の検出に成功した。そこで本年度は、DNP偏極度をさらに向上させる取り組みとともに、実際に二重磁気共鳴測定に挑戦した。
（1）昨年度開発したファブリペロー型共振器に平面型NMRコイルを付加したタイプでは、コイルと試料の間にはNMR用のラジオ波は透過しつつESR用のミリ波は反射するための金薄膜を置く必要がある。この薄膜の最適な厚みを探索した。電気抵抗測定により低温でのskin depthを見積るとともに、実際に異なる数種類の厚さの薄膜を用いてNMR測定を行った。ESR周波数でのskin depthと同じ程度の厚さが良いことがわかった。
（2）DNPによる核スピン偏極を効率よく引き起こすために、より磁場均一度の高いマグネットを導入した。併せて、共振器の共振特性の良いところにうまく合わせる手順を見直した結果、核偏極度は80%を超えた。
（3）上記の成果をもとに、超低温二重磁気共鳴測定を行った。電子-核二重共鳴(ENDOR)信号の測定に成功し、これによりNMR周波数を割り出した。このNMRコイルを含む回路の共振周波数をこの周波数に合わせておき、DNP状態を作り出したうえでone-shotのNMR測定を行ったところ、DNP-NMRを示唆する信号を得た。
（4）抵抗検出型ESR装置を実現するための装置開発を行った。液体ヘリウム温度でESR信号の検出に成功した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
二重磁気共鳴測定はほぼ成功しており、本研究にとって非常に重要な成果が得られた。しかしながら、EDMR測定装置開発は実際に極低温でESR測定できるところまですすんだが、EDMR信号検出にはいたっておらず、やや遅れている評価とした。この要因として、昨年度報告のとおり、希釈冷凍機の不具合（コールドリーク）が発生して修理が必要だったうえに、新たなマグネットを導入するために時間を要したことが挙げられる。
|
| Strategy for Future Research Activity |
EDMR測定装置の改善をはかる。そのためにミリ波強度がさらに強いものを入手する必要があるか検討する。また、電極の作成方法の改善については既に検討しており、着実に作業と試験をすすめる。また、DNP-NMR信号の検出の再現性を確かめる必要がある。
|
| Causes of Carryover |
希釈冷凍機の不具合の修理や新しい磁場発生用マグネットの設置などのために液体ヘリウムを用いた実験ができない期間が生じたため、翌年度に一部の実験を延期したため、次年度使用額が生じた。次年度に多く実験を行い、主に寒剤代として使用する計画である。
|
-
-
-
-
-
-
-
-
-
[Presentation] Development of a Millimeter-Wave ESR Measurement System for Ultra-Low Temperatures and Its Application to Copper Pyrazine Dinitrate: Possible Temperature Sensor from ESR Spectrum2019
Author(s)
藤井裕, 石川裕也, 小泉優太, 大見謝恒宙, 福田昭, 水崎隆雄, 松原明, 浅野貴行, 菊池彦光, 山森英智, 光藤誠太郎
Organizer
The 7th International Workshop on Far-Infrared Technologies (IW-FIRT 2019)
Int'l Joint Research
-
-
-
-
-
[Presentation] 平面コイルを用いた希薄リンドープシリコンの超低温ESR/NMR二重磁気共鳴測定2018
Author(s)
小泉優太, 石川裕也, 大矢健太, 三浦俊亮, 藤井裕, 福田昭, 松原明, 水崎隆雄, Soonchil Lee, 小林英一, 菊池彦光, 光藤誠太郎
Organizer
2018年度日本物理学会北陸支部定例学術講演会
-
[Presentation] 3He-4He希釈冷凍機を用いたミリ波帯超低温ESR/NMR測定装置の開発2018
Author(s)
石川裕也, 藤井裕, 大矢健太, 三浦俊亮, 福田昭, 浅野貴行, 小泉優太, 光藤誠太郎, 水崎隆雄, 松原明, 菊池彦光, Soonchil Lee, Sergey Vasiliev, 山森英智
Organizer
第５７回電子スピンサイエンス学会年会
-
[Presentation] 平面型コイルを用いたSi:Pのミリ波帯ESR/NMR二重磁気共鳴測定2018
Author(s)
小泉優太, 石川裕也, 大矢健太, 三浦俊亮, 藤井裕, 福田昭, 松原明, 水崎隆雄, Soonchil Lee, 小林英一, 菊池彦光, 光藤誠太郎
Organizer
第５７回電子スピンサイエンス学会年会
-
-
-
[Presentation] Development of Resonators for Millimeter-wave Band ESR/NMR Double Magnetic Resonance Measurements of Thin Samples2018
Author(s)
Yuta Koizumi, Yuya Ishikawa, Kenta Ohya, Shunsuke Miura, Yutaka Fujii, Akira Fukuda, Akira Matsubara, Takao Mizusaki, Soonchil Lee, Eiichi Kobayashi, Hikomitsu Kikuchi, Seitaro Mitsudo
Organizer
The third joint conference of the Asia-Pacific EPR/ESR Society and The International EPR (ESR) Society (IES) Symposium (APES-IES2018)
Int'l Joint Research
-
[Presentation] Development of Millimeter-Wave Fabry-Perot Resonator for Simultaneous Electron-Spin and Nuclear-Magnetic Resonance Measurement at Low Temperatures2018
Author(s)
Y. Fujii, Y. Ishikawa, Y. Koizumi, T. Omija, K. Ohya, S. Miura, A. Fukuda, S. Mitsudo, H. Yamamori, H. Kikuchi
Organizer
2018 43rd International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz 2018)
Int'l Joint Research
-
[Presentation] Development Of Millimeter-Wave Electron-SpinResonance Measurement Apparatus For Ultralow Temperatures And Its Application To Measurement Of CuPzN2018
Author(s)
Yuya Ishikawa, Yutaka Fujii, Kenta Ohya, Yuta Koizumi, Shunsuke Miura, Seitaro Mitsudo, Akira Fukuda, Takayuki Asano, Takao Mizusaki, Akira Matsubara, Hikomitsu Kikuchi, Hidetomo Yamamori
Organizer
2018 43rd International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz 2018)
Int'l Joint Research
-
[Presentation] ENDOR測定に向けた平面型コイルを用いたミリ波帯共振器の開発II2018
Author(s)
小泉優太, 石川裕也, 大矢健太, 三浦俊亮, 藤井裕, 福田昭, 松原明, 水崎隆雄, S. Lee, 小林英一, 菊池彦光, 光藤誠太郎
Organizer
日本物理学会2018年秋季大会
-
-
[Presentation] 福井大学におけるミリ波帯磁気共鳴装置開発の取り組み2018
Author(s)
石川裕也, 藤井裕, 光藤誠太郎, 浅野貴行, 小泉優太, 河野海志, 大見謝恒宙, 堂野壱暉, 福田昭, 水崎隆雄, 松原明, 山森英智, Soonchil Lee, Sergey Vasiliev,菊池彦光
Organizer
第五回西日本強磁場科学研究会
-
-
-
