2022 Fiscal Year Annual Research Report
Realization of ultraprecise single-ion implantation using laser-cooling for formation of NV-center arrays
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20H00145
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| Research Institution | National Institutes for Quantum Science and Technology |
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Principal Investigator |
斎藤 勇一 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 放射線高度利用施設部, 部長 (40360424)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岡本 宏己 広島大学, 先進理工系科学研究科(先), 教授 (40211809)
伊藤 清一 広島大学, 先進理工系科学研究科(先), 助教 (70335719)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | イオントラップ / レーザー冷却 / 単一イオン引出し / NVセンター多量子ビット |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2022年度は、イオントラップでクーロン結晶化させて紐状に並んだ4個のCaイオンをトラップから射出して、MCP粒子検出器により4個のイオンをそれぞれ検出することに成功した。この時のイオンがMCPに到達する時間間隔は70ns程度で、おおむね計算値と一致した。トラップから引き出したイオンを製作した加速レンズで目的の径に集束させるための各種電圧とそれらを印加するタイミングをシミュレーションにより検討し、数nmレベルに集束可能な条件を見出した。また、実証機用のイオントラップの設計・製作を行った。
また、実際にイオン注入する場合、Caイオンにより共同冷却されるNイオンは1個から2個程度となるため、イオンを一つ注入するごとにクーロン結晶を再構築する必要があり、それに数分程度の時間を要する。産業利用などの実用化を考慮するとその時間の短縮が課題となる。そこで、複数のNイオンをトラップしてCaで共同冷却することのできる新たなクーロン結晶状態をシミュレーションにより探索した。その結果、中心軸上の13個のNイオンを24個のCaイオンが取り囲むような形状の3D結晶が存在することを突き止めた。さらに、イオントラップ等に印加する電圧を精密に制御することにより、そこからNイオンを一つずつ取り出せる可能性があることを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
2022年度の計画は、実証機の作製とそれを用いた実証実験を行い、NVセンター多量子ビット形成に着手する予定であったが、前年度の加速レンズ等の性能試験が遅れたことにより、実証機の作製に留まり、多量子ビット形成に着手できなかった。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度として、トラップしたCaイオンを用いて加速レンズで集束したビーム径を計測し、レンズ等の調整パラメータの最適値を求める。次に共同冷却したNイオンをダイヤモンド試料の狙った位置に注入し、NVセンターが形成されているか確認し、装置の性能を評価する。
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[Presentation] レーザー冷却イオンの超精密注入に関するシミュレーション研究2023
Author(s)
百合 庸介 , 宮脇 信正 , 石井 保行 , 細谷 青児 , 穂坂 綱一 , 柏木 啓次 , 島田 紘行 , 山縣 諒平 , 横田 渉 , 佐藤 隆博 , 齋藤 勇一 , 小野田 忍 , 鳴海 一雅 , 室尾 健人 , 伊藤 清一 , 岡本 宏己
Organizer
2022年度ビーム物理研究会・若手の会
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