Electrical control of spin qubit with tunnel barrier materials

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19KK0130
• Research Category: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 29:Applied condensed matter physics and related fields
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Kanai Shun 東北大学, 電気通信研究所, 助教 (40734546)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 石原 淳 東京理科大学, 理学部第一部応用物理学科, 助教 (50801156)
• Project Period (FY): 2019-10-07 – 2022-03-31
• Keywords: 量子ビット / スピントロニクス / スピン中心 / 磁気トンネル接合

Outline of Final Research Achievements

In order to achieve future access to electron spin centers, which have a significant impact on the scaling of qubits, we have (1) introduced spin centers into barrier materials with magnetic tunnel junction and detected its quantum states and (2) established a method for selecting host materials of spin qubit.
In (1), we clarified the way to introduce Ni defects into MgO, which is mainly used as a magnetic tunnel junction material, and measured optically detected magnetic resonance.
In (2), we performed a material investigation with a large-scale matrix calculations to predict materials with long spin coherence times. In addition, we found a generalized scaling law of spin coherence with respect to materials parameters, which enables us to predict the phase relaxation time without matrix calculations.

Free Research Field

量子スピントロニクス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

【学術的意義】本研究の最も簡単な場合である、1電子スピン－1核スピンの相互作用下のHahnエコーコヒーレンスの理論的研究は1950年代に端を発する。本理論における学術的目的は、「身の回りにある実用的な材料におけるスピンコヒーレンスを理論的に記述する」ことであり、半世紀を掛けてこの目標に初めてひとまず解を与えることになった。
【社会的意義】これまで行列計算を用いて、1つ当たり何日も掛けて計算してきた位相緩和時間を、関数電卓や表計算ソフトで瞬時に誰でも計算できるようになったことは、こうした計算手法が格段に「使える」ものになったことを意味している。