2012 Fiscal Year Annual Research Report
ダイヤモンドＮＶ中心における量子情報の電気的制御に向けた研究
Publicly Offered Research
| Project Area | Quantum cybernetics - interdisciplinary studies of quantum controls and developments toward quantum computing |
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| Project/Area Number |
24102705
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
水落 憲和 大阪大学, 基礎工学研究科, 准教授 (00323311)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2014-03-31
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| Keywords | 量子情報 / ダイヤモンド / NV中心 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ダイヤモンド中の単一NV中心は優れたスピン特性及び光学特性を有し、近年注目されている。我々はこの優れた系を発展させるため、固体での特徴である半導体特性を生かし、スピンの電気的制御に関する研究を行っている。平成２４年度はNV中心が１価の負に帯電した状態（NV-）の電荷状態の制御に成功した。これまでアンサンブルでの成功例は報告されていたが、単一のNV中心での成功は初めての例である。現在論文投稿準備中である。具体的には我々は単一NV中心からのみの発光を検出するための高品質層（i層）をボロンドープp型層とリンドープn型層で挟んだ試料を作製した。これまでアンサンブルでNV-の電荷状態の制御に成功した例では不安定な表面伝導層を利用したものであったが、これに比べ我々の試料では高電界印可でも安定である。昨年ハーバード大らのグループから電荷状態の変化を速くすることにより核スピンのコヒーレンス時間の長時間化に成功した報告がなされた (Science, 336, 1283 (2012))。これはレーザー励起によるイオン化を利用したものであり、高いパワーの光励起による温度上昇がコヒーレンス時間の長時間化の限界を与えていた。この観点からは電気的な制御を高速に効率よくできることが技術面からは重要で、その機構の理解は学術的に重要である。我々は平成２４年度に時間分解の測定を導入し、NV-から中性状態のNV中心（NV0）へ変化のダイナミクスを世界で初めて明らかにした。電流注入による電荷の変化は核スピンのコヒーレンス時間の長時間化の研究で見積もられた変化速度と同レベルの値が実現していることを示すことができた。またNV-とNV0間の電気制御では速度が著しく違うことを明らかにした。これは機構解明という点で重要である。
また、計画通り、電気検出磁気共鳴（EDMR）装置の立ち上げも行えた。
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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
本研究の主眼である電気的操作に関連し、NV中心が１価の負に帯電した状態（NV-）の電荷状態の制御に成功した。今後のスピンの制御等に結びつく大きな一歩であると考えている。また、計画通り、電気検出磁気共鳴（EDMR）装置の立ち上げも行え、スピン状態の検出に向けた研究も順調に進んでいる。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成24年度はおおむね順調に計画を進めることができており、平成25年度も計画通りに進めたいと考えている。特に、スピン状態の電気的検出に関しては装置が立ち上がってきているため、平成25年度も測定を進め研究を推進していきたい。電気的なスピンの制御に関しても実験的な準備ができてきており、研究を推進していきたい。
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Research Products
(18 results)
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[Presentation] pin ダイヤモンド半導体への電流注入による単一NV中心の電荷制御2012
Author(s)
土井悠生, 牧野俊晴, 加藤宙光, 小倉政彦, 竹内大輔,大串秀世, 山崎聡, J. Wrachtrup, 三輪真嗣, 鈴木義茂, 水落憲和
Organizer
第２６回ダイヤモンドシンポジウム
Place of Presentation
青山学院大学
Year and Date
2012-11-19 – 2012-11-19
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[Presentation] ダイヤモンド中の単一NV 中心における電荷状態の電気的制御2012
Author(s)
土井悠生, 牧野俊晴, 加藤宙光, 小倉政彦, 竹内大輔, 大串秀世, 山崎 聡, J. Wrachtrup, 三輪真嗣, 鈴木義茂, 水落憲和
Organizer
応用物理学会2012年（平成24年）秋季講演会
Place of Presentation
愛媛大学
Year and Date
2012-09-13 – 2012-09-13
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[Presentation] Control of single spins and single photons in diamond at room temperature2012
Author(s)
N. Mizuochi, T. Shimooka, Y. Doi, S. Mori, T. Makino, H. Kato, D. Takeuchi, M. Ogura, H. Okushi, M. Nothaft, P. Neumann, A. Gali, F. Jelezko, J. Wrachtrup, S. Miwa, Y. Suzuki, S. Yamasaki
Organizer
The 2nd International Symposium on Electron Spin Science (ISESS)
Place of Presentation
Sendai, Japan
Year and Date
2012-07-23 – 2012-07-25
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