2020 Fiscal Year Research-status Report
量子中継器に向けた1.5μm帯且つ常温動作する固体中の単一Er欠陥中心の機構解明
| Project/Area Number |
19K03700
|
|---|
| Research Institution | Kyoto University |
|---|
Principal Investigator |
田嶌 俊之 京都大学, 工学研究科, 特定研究員 (40437356)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
|
| Keywords | 固体中の欠陥中心 / 量子中継器 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
光量子情報通信では、1.5μm帯域が情報の損失が少ないことから情報の伝送で使用される。現在、情報伝送間を中継する装置では可視光波長域を発光するイオンや原子が使用される。そのため、通信上に情報を送るためには可視光と1.5μm帯域で光波長変換が必要となる。本研究では、1.5μm帯域で動作が期待される固体中の単一Er欠陥中心が持つ機構の解明やこれらを量子中継器として活用できないかという課題解決に向けた研究を行っている。固体中のEr欠陥中心を作製するための最適な条件を見つけることが重要であり、最近の文献などを参考にシミュレーション等を行い、実際にサンプル作製を行っている。固体中にEr欠陥中心の作製を行うとき、様々なイオン注入量で行い、Er欠陥中心を作製した。作製したサンプルの表面がアニールにより炭化されたり、作製過程で表面に汚れが生じたりするためいくつかの洗浄方法でサンプルの表面の洗浄を行っている。また、Er欠陥中心の作製の最適化に対して、アニール温度の最適化を行うための検討を始めている。
作製した発光に関しての光特性評価のためのシステムの構築、また、サンプル評価を行っている。また、光量子情報通信では、光学的操作や欠陥が持つ量子スピンの操作やこれらの測定も要求されるので、これらの要素技術の評価に向けて準備を行っている。また、光量子情報通信では光ファイバのみで様々な操作を行えれば、将来的にはシステム全体のコンパクト化にも繋がるためこれらの研究を行っている。これらに関して、論文の準備も行っている。また、論文の出版、また、国内会議での発表を行った。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ダイヤモンド中にイオン注入されたアンサンブルのEr欠陥中心から、常温において、光通信波長として利用される1.5μm帯の発光が最近確認されたことが報告されている。しかしながら、Er欠陥中心の発光強度などの要因で、発光特性に関して解明されていないことが多い。窒素複合欠陥中心などを含めた作製方法の進展から得られた知見やシミュレーション等によりイオン注入の条件を再検証して、これらに基づいてイオン注入量の条件の異なるEr欠陥中心の作製を行っている。また、イオン注入した後、アニールを行うが表面が炭化されたりすることで表面が黒くなることから洗浄が必要になる。そこで、現在、どのような洗浄が適しているか検討し実験的評価を行っている。
作製されたサンプルの光学特性評価を行うための評価光学系を構築した。Erの励起には、980nmの光励起波長のレーザーを用いて、この評価光学系を用いてEr欠陥中心からの発光を確認した。
また、ナノダイヤモンド中に直接イオン注入したSiV中心の作製等も検討し行っている。また、光量子情報通信上で重要となる発光体操作に関しての技術的向上を行った。発光体の検出効率を上げる方法の一つであるナノファイバ光共振器なども視野にいれErの発光体の検出効率の向上に向けて、まず、2次元薄膜から作製されたナノフレーク中の欠陥中心とこのナノファイバ光共振器の結合実験を行い、論文投稿準備中にある。また、光情報通信上では、欠陥中心を励起する光をファイバ内に入射するとファイバ内のバックグランドでナノ粒子からの発光が見えなくなるという問題があった。それらに対してこのナノファイバ共振器を用いることでこれらの問題を解決できないかという課題に対して実験的評価を行い現在、論文化を検討している。
|
| Strategy for Future Research Activity |
イオン注入条件、特に注入量を変えて作製したEr欠陥中心の光学特性評価を更に進める。特に、強度変化や偏光変化などの測定を行っていく。また、分光や光子計数計測等も検討していく。そして、それらから得られた結果を踏まえて、ダイヤモンドに対してのイオン注入量や加速度条件を変えたErのイオン注入条件の再検討を行い、実際にイオン注入を行う。また、イオン注入時の温度条件も非常に重要であることが最近報告されていることから、これらを検討し新たなサンプル作製を行う。そして、集団や単一のEr欠陥中心の観測からこの欠陥中心の光学特性に対する機構解明を更に推し進める。また、Er欠陥中心の量子スピンの観測に向けて、必要なマイクロ波操作などを含むシステムについても検討や構築を行っていく。また、マイクロ波をより強く照射するための方法についてリソグラフィ技術の検討も行っていく。また、イオン注入技術の向上にも繋がるナノダイヤモンド中に直接イオン注入したSiV中心の作製等も引き続き検討し行っていく。光通信上で問題となる光ファイバ中のバックグランドに対しても、現在行っている直接的に発光体に対して光励起する技術の検証や実験結果の解析等を更に行い、結果をまとめる。これらの新しい知見も含めてEr欠陥中心からの弱い発光をどのように効率的に検出するかを検討する。そして、得られた結果を学会で発表する、また、論文誌への投稿を行っていく。
|
| Causes of Carryover |
コロナの影響により予定していたイオン注入ができなかったり納品が難しい製品があったためである。また、学会発表を延期したりしたことによる。
光学評価から得られた結果をもとに再度条件を変えることでのイオン注入や光学特性評価系システムの向上やマイクロ波システムに必要な部品の購入を計画している。また、発表等のための参加費や旅費等への使用を計画している。また、論文投稿などへの使用も計画している。
|
