Superconducting electronics for quantum measurements in a semiconductor quantum dot mechanical resonator hybrid system

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 18H01156
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 13020:Semiconductors, optical properties of condensed matter and atomic physics-related
• Research Institution: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• Principal Investigator: Okazaki Yuma 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 主任研究員 (60738277)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: 電気機械振動子 / 超伝導エレクトロニクス / ジョセフソン接合 / 核磁気共鳴 / 核スピン / 核音響共鳴

Outline of Final Research Achievements

Electromechanical resonators are a suspended plate spring structure, whose vibration modes can be regarded as a harmonic oscillator. Their resonator modes can be used as sensors to detect various kinds of physical quantities such as mechanical forces with high sensitivity. In this research, superconducting circuits and low-temperature electrical measurement techniques were developed to improve the sensitivities for detecting the oscillations of mechanical resonators. In addition, as a demonstration of practical applications of mechanical oscillators, we demonstrated a new principle for detecting nuclear spins using mechanical vibration modes.

Free Research Field

物性物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

機械振動子は高いQ値を持つ調和振動子とみなすことができ、その振動状態は高感度なセンサとして利用できる。したがって、機械振動子の振動モードを高感度に検出する実験手法の開発は、様々な物理量(力や磁気)を高感度に検出する実験技術の基盤技術になる。
本研究では、超伝導エレクトロニクスを利用して機械振動子からの電気信号を高感度に検出する技術の開発につながる。多くの科学計測において測定対象の物理量は、一度電気量に変換し測定することから、電気計測技術の測定精度向上は、広範囲の研究開発の基盤となり、日本の科学研究開発を下支えする。