2023 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 先進ビーム利用施設部, 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 |
2023年度は、線形ポールトラップ(LPT)でトラップしたN_2^+イオンのCa^+イオンによる共同冷却のテスト及び分子動力学法によるクーロン結晶の解析を行った。
共同冷却では、N_2ガスをLPT設置チェンバー内に10^(-10)から500mbar・L/s程度まで導入し、Caオーブンを300℃に加熱、発生したCa原子を励起とイオン化用の2本のレーザー(423nm + 390nm)によりCa+を生成し、冷却用の2本のレーザー(397nm + 866nm)によりCa^+のみのクーロン結晶を生成させた。次に、電子銃によりN_2分子をイオン化しCa^+とN_2^+の混合イオン集団を形成させ、その中のCa^+をレーザーにより冷却した。冷却されたCa＾+によりN_2^+が冷却され、結果として4個のCa^+と1個のN_2^+からなる紐状の混合クーロン結晶の作製に成功した。また、これらの結果は、分子動力学法によるシミュレーションの結果とほぼ一致し、ある実験条件の下で形成されうるクーロン結晶構造を予測できることを示した。
LPT中でトラップ・冷却されたN_2^+イオンを引き出した後に加速レンズにより収束し、数十nmの位置精度で標的に注入し、注入されたことを確認する予定であったが、共同冷却のテストに想定外の時間がかかったため期間内の達成が困難となった。しかし、加速レンズ等の装置の整備は完了しているため、引き続き研究を進める予定である。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Presentation] レーザー冷却イオンの100keV級ナノビーム集束－精密イオン注入装置開発のためのシミュレーション研究2024
Author(s)
百合 庸介, 宮脇 信正, 穂坂 綱一, 細谷 青児, 石井 保行, 飯澤 正登実, 柏木 啓次, 山縣 諒平, 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
ビーム物理研究会・若手の会2023
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[Presentation] 精密単一イオン注入のためのイオン供給用スパッタイオン源の開発2023
Author(s)
細谷 青児, 柏木 啓次, 斎藤 勇一, 百合 庸介, 穂坂 綱一, 島田 紘行, 宮脇 信正, 石井 保行, 山縣 諒平, 佐藤 隆博, 小野田 忍, 鳴海 一雅
Organizer
QST高崎サイエンスフェスタ2023
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[Presentation] リニアポールトラップからの超低エミッタンスイオンの選択的取出しの検討2023
Author(s)
宮脇 信正, 石井 保行, 百合 庸介, 穂坂 綱一, 細谷 青児, 柏木 啓次, 島田 紘行, 山縣 諒平, 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
QST高崎サイエンスフェスタ2023
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[Presentation] レーザー冷却イオンに基づいた精密単一イオン注入に関する多粒子シミュレーション2023
Author(s)
百合 庸介, 宮脇 信正, 穂坂 綱一, 細谷 青児, 石井 保行, 柏木 啓次, 島田 紘行, 山縣 諒平, 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
QST高崎研サイエンスフェスタ2023
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[Presentation] 超高位置精度の単一イオン注入に向けたレーザー冷却イオン源の開発2023
Author(s)
穂坂 綱一, 細谷 青児, 柏木 啓次, 百合 庸介, 宮脇 信正, 石井 保行, 島田 紘行, 山縣 諒平, 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
QST高崎研サイエンスフェスタ2023
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[Presentation] 超精密単一イオン注入装置におけるイオンダイナミクス研究2023
Author(s)
百合 庸介, 宮脇 信正, 穂坂 綱一, 細谷 青児, 石井 保行, 柏木 啓次, 島田 紘行, 山縣 諒平, 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
第20回日本加速器学会年会
