2023 Fiscal Year Annual Research Report
Non-Hermitian quantum spin-photon coupled system
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21H01009
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | University of Tsukuba |
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Principal Investigator |
野村 晋太郎 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (90271527)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
川口 由紀 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (00456261)
柏谷 聡 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (40356770)
渡邊 幸志 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (50392684)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 非エルミート / ダイヤモンドNVセンター / 量子計測 / マイクロ波共振器 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１） ダイヤモンドNVセンターと共振器との結合に関わる現象を調べるにあたり、光検出磁気共鳴スペクトル(ODMR)線幅の不均一幅と均一幅を狭くすることが重要である。従って、本年度引き続きダイヤモンドNVセンター構造を設計、作製、基礎的特性の測定を引き続き実施し、ODMR線幅の狭い試料の作製条件を探った。12C同位体に純化した原料ガスを用いた15Nドープ高純度CVD試料を産業技術総合研究所内の施設で合成し、ダイヤモンドCVD成長後のNV中心生成条件、高温熱処理条件等の最適条件を探った。ODMR、T2, T2*等を評価した。その結果、とフーリエ限界に迫るODMR半値全幅(FWHM) ９０ kHzと前年度の0.34 MHzよりさらに狭い線幅を得ることに成功した。 さらに、Hahnエコーコヒーレンス時間T2 が早い成分と遅い成分をもつことが明らかにされ、遅い成分がダイヤモンドNV中心間の双極子-双極子相互作用によるものであることが示された。
２）非エルミートなハミルトニアンによって記述される量子系を構築するために、Q値の大きい共振器が求められている。そこで、本年度、室温で動作可能なマイクロ波共振器として、マイクロ波誘電体共振器構造を設計、製作し、その評価を行った。その結果はマイクロストリップライン二端子間の進行波と共振器による信号の相互作用によって生じるファノ干渉のモデルに基づいて解析され、実際にQ値が結合の強さに強く依存して変化することが示された。
３）非エルミートなハミルトニアンによって記述される量子系の制御と観測のためのヘリウムクライオスタット中顕微分光系のマイクロ波パルス印加系の構築と評価を継続して実施した。
1) -3) について得られた結果は研究分担者の川口他と共有し、議論を行い、理論的検討を加えた。
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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
12C同位体に純化した原料ガスを用いて成長したダイヤモンドNVセンター試料のNV中心生成条件、高温熱処理条件等の最適条件を進めることによりODMR線幅 90 kHzのアンサンブルNVセンター試料を得ることに成功した。これは前年度に作製された試料のODMR線幅 0.34 MHzからさらに特性の向上を図ることに成功したものであり、大きな研究の進捗である。室温で動作可能で温度安定性の高いマイクロ波誘電体共振器を設計、製作し、その評価を実施した。その結果、マイクロ波ストリップラインとマイクロ波共振器との結合を連続的に可変であり、かつQ値の大きい系を構築することに成功した。さらに、ヘリウムクライオスタット中に量子系の制御と観測のための顕微分光系に対するマイクロ波パルス印加系の構築を行い、評価を進めた。以上の成果により原著論文１報を報告し、関連する研究発表３件を行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの計画通りに研究を推進していく。
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