2022 Fiscal Year Research-status Report
Development of very-low-temperature pulsed-magnetic-resonance measurement technique and its application to quantum computer models using lightly-doped semiconductors
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21KK0047
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| Research Institution | University of Fukui |
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Principal Investigator |
藤井 裕 福井大学, 遠赤外領域開発研究センター, 准教授 (40334809)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
福田 昭 兵庫医科大学, 医学部, 教授 (70360633)
石川 裕也 福井大学, 遠赤外領域開発研究センター, 助教 (80825282)
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| Project Period (FY) |
2021-10-07 – 2026-03-31
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| Keywords | パルス電子スピン共鳴 / 極小共振器 / ミリ波 / 核磁気共鳴 / 二重磁気共鳴 / 希薄ドープ半導体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、フィンランドとの国際共同研究により、極小の共振器(μR)を開発することで、これまで困難であった超低温かつ強磁場での高周波パルス磁気共鳴法の技術開発を行うとともに、開発した装置を用いて、希薄にリンをドープした純良なシリコン半導体(Si:P)を用いた量子計算に必要とされる超低温・強磁場下でのスピン状態の観測と制御を目指すものである。ミリ波帯μRによるパルス磁気共鳴法は、物性物理学や量子情報分野で有用な技術であるのみならず、極微量試料の評価を必要とする化学、ライフサイエンス等、さらには、単一スピンの検出にまで適用できる将来性がある。
本年度はまずオンラインで打ち合わせを行い、先方の状況の変化（ポスドクの就職等）にともない、先方の装置のうち特にESR信号を高感度に検出するためにキーとなる極低温で動作するミリ波ブリッジ回路を譲り受けて、日本の装置に組み込むこととした。さらに夏に日本で開かれる国際会議にあわせて対面によってこれまでの試作品の現物を見ながら議論する予定であったが、コロナウイルス感染予防対策の厳しさのために先方の来日を断念せざるを得なかった。日本からは10月にフィンランドへ渡航し、譲渡を受ける物品などの試験などを行い、必要物品を輸送した。その後、フィンランドの共同研究者とともに、日本で高感度ESR測定装置のセットアップ作業を行った。完成にはまだいくつかの素子が必要であり、そのうちのプリアンプを購入した。日本側では、並行して、電磁場解析シミュレーションによる共振器デザインの検討を開始した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
海外共同研究者とのコミュニケーションを密にはかり、本課題に関する議論や共振器開発が進められている。ただし、海外共同研究先でμR開発に従事していた研究者が2022年に企業に就職し、不在となったため、開発に必要な人的物的配置を見直す必要が生じた。そこで、主な測定装置を日本側で構築することとし、実際にセットアップを行った。このセットアップのためには希釈冷凍機のサイズの違いにより、様々な素子の配置などをすべて一からデザインし直す必要があったが、海外共同研究者との精力的な共同作業により、概ね目処が付いた。また、フィンランドへ研究分担者とともに渡航した際には、必要なノウハウの議論や今後の方針などを密に議論することが出来た。日本側ではさらにフィンランドで試作されたμRのテストなどの準備とともに電場解析ソフト（COMSOL）によるシミュレーション等を行い、作製の検討を開始した。
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| Strategy for Future Research Activity |
2023年度は、若手研究者がフィンランドに1ヶ月以上渡航して研究活動を行い、若手育成を図るとともに、研究を加速させる。具体的にはμRの開発研究および試料や導波管と共振器の結合方法の検討などを行う。また、日本側では高感度ESR測定装置のセットアップを完了し、試験を行う。あわせて、日本でも共振器を作製して開発を加速させる。なお、ロシア問題によりフィンランドへの渡航が危惧されるような場合には、さらに人的・装置的リソースの再編を検討する。
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| Causes of Carryover |
コロナ禍による移動制限を踏まえて、特に年度前半は旅費を予定通り使用できなかったので、次年度に使用することとした。
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Research Products
(15 results)
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[Presentation] ESRとNMRからみたS=1/2低次元反強磁性体Ca2Cu(OH)4[B(OH)4]22023
Author(s)
林哉汰, 廣澤康平, 倉知豊, 丸山薫, 石川裕也, 浅野貴行, 光藤誠太郎, 菊池彦光, 高橋英幸, 長澤直生, 山本孟, 大道英二, 大久保晋, 太田仁, 藤井裕
Organizer
日本物理学会 2023年春季大会
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[Presentation] S=1/2低次元反強磁性体Henmiliteの磁化過程と高周波ESR研究2022
Author(s)
林哉汰, 廣澤康平, 佐野巴則, 石川裕也, 藤井裕, 浅野貴行, 山本孟, 木村宏之, 坂倉輝俊, 松尾晶, 金道浩一, 高橋英幸, 光藤誠太郎
Organizer
第61回電子スピンサイエンス学会年会（SEST2022）
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[Presentation] Multi-Frequency Electron Spin Resonance Apparatus Using a High-Power Light Source Gyrotron and Force Detection System2022
Author(s)
Y. Ishikawa, H. Takahashi, A. Okutani, K. Hayashi, T. Sano, K. Hirozawa, T. Ito, S. Masuda, E. Ohmichi, H. Ohta, Y. Tatematsu, T. Asano, H. Kikuchi, Y. Fujii, S. Mitsudo
Organizer
The Third International Symposium on Frontiers in THz Technology (FTT2022)
Int'l Joint Research
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[Presentation] S=1/2低次元反強磁性体Ca2Cu(OH)4[B(OH)4]2の磁化過程と高周波ESR研究2022
Author(s)
林哉汰, 廣澤康平, 佐野巴則, 石川裕也, 藤井裕, 浅野貴行, 山本孟, 木村宏之, 坂倉輝俊, 松尾晶, 金道浩一, 高橋英幸, 光藤誠太郎
Organizer
第31回(2022年度)日本赤外線学会研究発表会
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[Presentation] Magnetization Process and ESR Study of Spin-1/2 Low Dimensional Antiferromagnet, Henmilite2022
Author(s)
Kanata Hayashi, Kouhei Hirozawa, Yusuke Takahashi, Yuya Ishikawa, Yutaka Fujii, Takayuki Asano, Hajime Yamamoto, Hiroyuki Kimura, Terutoshi Sakakura, Yukio Noda, Akira Matsuo, Koichi Kindo, Hideyuki Takahashi, Seitaro Mitsudo
Organizer
International Conference on Low Temperature Physics (LT29)
Int'l Joint Research
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