微小球光キャビティとナノワイヤ振動子による巨視的フォノン量子もつれ状態の生成

2023 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 21H01023
• Research Institution: NTT Basic Research Laboratories
• Principal Investigator: 岡本 創 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, フロンティア機能物性研究部, 特別研究員 (20350465)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 浅野 元紀 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, フロンティア機能物性研究部, 研究主任 (60867224) ; 章 国強 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, フロンティア機能物性研究部, 主任研究員 (90402247) ; 太田 竜一 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, フロンティア機能物性研究部, 主任研究員 (90774894)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 振動子 / 光 / キャビティ / もつれ / 近接場

Outline of Annual Research Achievements

2018年に報告された２つの固体振動子間の量子もつれ生成は、量子応用へ向けた重要な成果として注目されるが、共振器と振動子をパラメトリックに結びつけなければならず、振動子の周波数が共振器の共鳴線幅を上回るresolved sideband条件が必要となる。このような条件が不要な有効な手法があれば、使用できる構造や周波数領域が格段に広がり、振動子系を用いた量子応用展開が大きく広がる。本研究では上記の課題を取り上げ、resolved sideband条件が不要な新しい量子もつれ生成手法の提案と実証に取り組んだ。具体的には、微小光キャビティの近接場光を用いた手法を提案し、ナノワイヤ振動子系への適用によりその実験実証を試みた。
研究期間中には、量子極限変位計測に必要となる超高Q値キャビティの作製や、これを振動体へ近接させた際のQ値劣化問題を解決するラマン増幅を用いた変位計測手法を提案・実証することに成功した。しかしながら、量子もつれ生成に必要となる近接間隔の高速変調に技術的な課題が生じ、期間内での目標達成には至らなかった。一方、研究の過程において高Q値キャビティが連結した新規オプトメカニカル構造を創出することに成功し、これを用いた液中環境での超高感度な振動計測を実現した。
今回提案・実証した光キャビティのラマン増幅を用いた近接場変位測定手法は様々な材質や形状から成る振動体へと適用できる汎用性の高い計測手法であり、従来のキャビティオプトメカニクス研究をこれまでにない新規系へと展開できる可能性を広げる。また、連結キャビティ構造を用いた高感度液中計測技術は、従来キャビティオプトメカニクス技術の適用が困難であった液体環境での研究展開を可能とする新技術であり、センサ・材料開発・創薬などの応用の他、液体界面の物理探索や局所的な液中反応の解明など、新たな研究領域の開拓につながる。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

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。

Research Products

• [Journal Article] Fiber-type optomechanical array using high-Q microbottle resonators (2024)
  • Author(s): Asano Motoki、Yamaguchi Hiroshi、Okamoto Hajime
  • Journal Title: Physical Review Applied Volume: 21 Pages: 024013
  • DOI: 10.1103/PhysRevApplied.21.024013
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Observation of Acoustically Induced Dressed States of Rare-Earth Ions (2024)
  • Author(s): Ohta Ryuichi、Lelu Gregoire、Xu Xuejun、Inaba Tomohiro、Hitachi Kenichi、Taniyasu Yoshitaka、Sanada Haruki、Ishizawa Atsushi、Tawara Takehiko、Oguri Katsuya、Yamaguchi Hiroshi、Okamoto Hajime
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 132 Pages: 036904
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.036904
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] A highly sensitive optomechanical liquid level meter based on a twin-microbottle resonator (2023)
  • Author(s): Asano Motoki、Yamaguchi Hiroshi、Okamoto Hajime
  • Journal Title: Proceeding of 28th International Conference on Optical Fiber Sensors Volume: Th6 Pages: 43
  • DOI: 10.1364/OFS.2023.Th6.43
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Phononic Crystal Cavity Magnomechanics (2023)
  • Author(s): Hatanaka Daiki、Asano Motoki、Okamoto Hajime、Yamaguchi Hiroshi
  • Journal Title: Physical Review Applied Volume: 19 Pages: 054071
  • DOI: 10.1103/PhysRevApplied.19.054071
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Impedance-matched high-overtone bulk acoustic resonator (2023)
  • Author(s): Kurosu M.、Hatanaka D.、Ohta R.、Yamaguchi H.、Taniyasu Y.、Okamoto H.
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 122 Pages: 122201
  • DOI: 10.1063/5.0141405
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] 光と振動を利用した液中センサー (2023)
  • Author(s): 浅野 元紀、山口 浩司、岡本 創
  • Journal Title: 光学 Volume: 52 Pages: 247
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ガラスファイバを用いた共振器オプトメカニクス (2024)
  • Author(s): 浅野元紀、佐久間涼子、山口浩司、岡本創
  • Organizer: 第6回固体化学フォーラム研究会
  • Invited
• [Presentation] 連結ボトル構造を用いたメカニカルコムの伝搬 (2024)
  • Author(s): 浅野元紀、山口浩司、岡本創
  • Organizer: 日本物理学会 2024年春季大会
• [Presentation] 連結ボトル共振器を用いた超高感度液面計の計測分解能 (2024)
  • Author(s): 浅野元紀、山口浩司、岡本創
  • Organizer: 第71回 応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] 光キャビティのラマン増幅を用いた薄膜振動の近接場計測 (2024)
  • Author(s): 佐久間涼子、浅野元紀、山口浩司、岡本創
  • Organizer: 第71回 応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] Modulation in magnetoelastic response of cavity magnomechanical devices under strong acoustic spin pumping (2024)
  • Author(s): 畑中 大樹、ミンナルト エティエンヌ、浅野 元紀、岡本 創、山口 浩司
  • Organizer: 第71回 応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] Hybrid phononic devices for classical and quantum technologies (2023)
  • Author(s): H. Yamaguchi, D. Hatanaka, R. Ohta, M. Asano, and H. Okamoto
  • Organizer: Feedback in Quantum Mechanics 2023
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Entropy production in two-mode continuous nonlinear feedback (2023)
  • Author(s): M. Asano, H. Okamoto, and H. Yamaguchi
  • Organizer: Feedback in Quantum Mechanics 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A highly sensitive optomechanical liquid level meter based on a twin-microbottle resonator (2023)
  • Author(s): M. Asano, H. Yamaguchi, and H. Okamoto
  • Organizer: 28th International Conference on Optical Fiber Sensors
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Demonstration of an acoustic resonator exceeding 40 GHz (2023)
  • Author(s): M. Kurosu, D. Hatanaka, H. Yamaguchi, Y. Taniyasu, and H. Okamoto
  • Organizer: 36th International Microprocesses and Nanotechnology Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Entropy production with continuous nonlinear feedback in quadrature amplitudes (2023)
  • Author(s): M. Asano, H. Okamoto, and H. Yamaguchi
  • Organizer: 28th International Conference on Statistical Physics
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Novel directions in hybrid phononic devices (2023)
  • Author(s): H. Yamaguchi, D. Hatanaka, R. Ohta, M. Asano, and H. Okamoto
  • Organizer: XVII Conference on Phonon Scattering in Condensed Matter
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Control of ultrahigh frequency phonon transport in valley topological ring resonator-waveguide systems (2023)
  • Author(s): D. Hatanaka, H. Takeshita, M. Kataoka, M. Misawa, H. Okamoto, H. Yamaguchi, and K. Tsuruta
  • Organizer: 6th International Conference on Phononic Crystals/Metamaterials/Metasurfaces, Phonon Transport, Topological Phononics
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Cavity optomechanical liquid prober using a twin-microbottle resonator (2023)
  • Author(s): M. Asano, H. Yamaguchi, and H. Okamoto
  • Organizer: Frontiers of Nanomechanical Systems Workshop 2023
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Acoustic spin pumping and the back-action in a phononic crystal cavity (2023)
  • Author(s): D. Hatanaka, M. Asano, H. Okamoto, and H. Yamaguchi
  • Organizer: Frontiers of Nanomechanical Systems Workshop 2023
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Acoustic control of optical excitation of rare-earth ions (2023)
  • Author(s): R. Ohta, G. Lelu, X. Xu, T. Inaba, K. Hitachi, Y. Taniyasu, H. Sanada, A. Ishizawa, T. Tawara, K. Oguri, H. Yamaguchi, and H. Okamoto
  • Organizer: The 2023 CLEO Conference
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Observation of the multiple acoustic phonon sidebands in erbium ions (2023)
  • Author(s): R. Ohta, G. Lelu, X. Xu, T. Inaba, K. Hitachi, Y. Taniyasu, H. Sanada, A. Ishizawa, T. Tawara, K. Oguri, H. Yamaguchi, and H. Okamoto
  • Organizer: International Conference on Nano-photonics and Nano-optoelectronics
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] 量子ハイブリッドデバイスとメカニカルセンシング技術 (2023)
  • Author(s): 山口 浩司、畑中 大樹、太田 竜一、浅野 元紀、岡崎 雄馬、岡本 創
  • Organizer: 新世代研究所2023年度 第1回ナノメカニクス研究会
  • Invited
• [Presentation] フォノニック人工構造を用いた共振器マグノメカニクス (2023)
  • Author(s): 畑中 大樹、浅野 元紀、国橋 要司、眞田 治樹、岡本 創、山口 浩司
  • Organizer: 第3回ナノ磁性研究会
• [Presentation] 連結ボトル構造からなる共振器オプトメカニカルアレイ (2023)
  • Author(s): 浅野 元紀、山口 浩司、岡本 創
  • Organizer: 日本物理学会 年次大会
• [Presentation] 連結ボトル共振器を用いたフェムトグラム分解能の水中質量センサ (2023)
  • Author(s): 浅野 元紀、山口 浩司、岡本 創
  • Organizer: 応用物理学会 秋季学術講演会
• [Remarks] NTT物性科学基礎研究所 フロンティア機能物性研究部 ナノメカニクス研究グループ HP
  • URL: https://www.brl.ntt.co.jp/group/butsume-g/