| 研究課題/領域番号 |
23K20817
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| 補助金の研究課題番号 |
21H01009 (2021-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2021-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分13020:半導体、光物性および原子物理関連
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| 研究機関 | 筑波大学 |
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研究代表者 |
野村 晋太郎 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (90271527)
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| 研究分担者 |
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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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
2024年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2023年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2022年度: 2,080千円 (直接経費: 1,600千円、間接経費: 480千円)
2021年度: 11,440千円 (直接経費: 8,800千円、間接経費: 2,640千円)
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| キーワード | 非エルミート / ダイヤモンドNVセンター / 量子スピン / マイクロ波共振器 / 量子計測 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
実験室内の閉じた系では、環境から切り離された理想的な状況である「エルミート系」を実現することが可能である。しかし、現実の開かれた系では環境の影響を切り離すことはできず「非エルミート系」となる。非エルミート系の理論の最近の進展により、環境を外部のものとして切り離すのではなく、環境と実験系との間の結合を含めて制御することにより、従来にない量子現象を実現可能であることが示された。その成果を踏まえ、本研究は量子系のコヒーレント制御の可能性を追求し、環境ノイズ下での量子計測における測定限界を拡大することを目的とする。
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| 研究実績の概要 |
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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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
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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| 今後の研究の推進方策 |
これまでの計画通りに研究を推進していく。
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