| 研究課題/領域番号 |
23K23165
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| 補助金の研究課題番号 |
22H01897 (2022-2023)
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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 (2022-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分28020:ナノ構造物理関連
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
橋本 克之 東北大学, 理学研究科, 助教 (30451511)
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| 研究分担者 |
柴田 尚和 東北大学, 理学研究科, 教授 (40302385)
平山 祥郎 東北大学, 先端スピントロニクス研究開発センター, 総長特命教授 (20393754)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 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 |
17,940千円 (直接経費: 13,800千円、間接経費: 4,140千円)
2024年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2023年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
2022年度: 11,830千円 (直接経費: 9,100千円、間接経費: 2,730千円)
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| キーワード | 走査プローブ顕微鏡 / エニオン / 分数量子ホール効果 / 量子ポイントコンタクト / 核スピン共鳴 / 量子ホール効果 / 抵抗検出核磁気共鳴 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
外乱に乱されず強固な量子計算を可能にする特異な性質を持つ、二次元電子系の素励起（エニオン）の研究が世界中で加速している。本研究では、走査プローブ・ナノゲート技術を導入し、エニオンをナノスケールで直接「観る」ことで検証し、精密かつ自在に「制御・操作する」ことでその操作性を明らかにする。本研究は、トポロジカル粒子のナノ空間制御により革新的な誤り耐性量子計算デバイスの基盤技術を確立しようとする世界で最初の試みであり、本研究の遂行は、トポロジカル量子計算の鍵となるエニオン分数統計性の制御・操作、さらにはトポロジカル量子計算デバイスの集積化技術の創出につながるものである。
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| 研究実績の概要 |
本年度は、主に昨年度実施した量子ポイントコンタクトを用いた電気抵抗測定の結果をまとめ、さらに、走査プローブ核磁気共鳴にも応用可能な抵抗検出電子スピン共鳴技術の開発に取り組んだ。
量子ポイントコンタクトを利用した電気抵抗測定結果を詳細に分析・議論したところ、複数の量子ホールエッジチャンネルの混成が生じていることが分かった。この成果は、量子ホールエッジチャンネルを用いた量子干渉計や量子回路のデザインに重要な情報を提供する。また、量子ポイントコンタクト中央に配置した固定ゲートエッジチャンネルを操作した本実験結果は、本研究課題のモバイルナノゲートによるエッジチャンネル操作に貴重な指標を与える。この成果は、英文学術誌「Communications physics」に「Synthesizing 2h/e2 resistance plateau at the first Landau level confined in a quantum point contact」という論文として発表した。
また、抵抗検出電子スピン共鳴については、マイクロ波を試料に照射し、試料の電気抵抗の磁場変化を測定する手法を採用した。この方法により、通常の電子スピン共鳴では困難な単層グラフェンの電子スピン共鳴の検出に成功した。この技術を用いることで、走査プローブ核磁気共鳴を行う際に必要な動的核スピン偏極をアシストすることが期待される。これらの成果は、日本物理学会の他いくつかの国際会議で発表した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
今年度、課題遂行のための主要装置である希釈冷凍機走査プローブ顕微鏡システムを移設したのに伴い、希釈冷凍機や走査プローブ顕微鏡に部分的な不具合が出たため装置の修理に長い時間を取られたため。
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度明らかにした量子ホールエッジチャンネルの混成の観測は、量子ポイントコンタクトの中央に設置した固定ゲートによりエッジチャンネルを操作することで行った。今後は、固定ゲートの代わりにモバイルナノゲートを使用して、分数量子ホールエッジチャンネルの操作を行い、エニオン粒子の生成・破壊、及びそれらの観測を目指す。
また、本年度成功したマイクロ波による電子スピン共鳴を応用しより多くの核スピン偏極を誘起し、より高感度な走査ゲート/核スピン共鳴マッピングを実現する。これにより、量子ポイントコンタクト近傍のエニオントンネル領域および分数量子ホール強磁性領域をマッピングし、それらの位置相関を明らかにする。
さらに、量子ポイントコンタクト近傍の静電ポテンシャル形状やエッジチャンネルの位置を数百ナノメートルの分解能で明らかにし、理論解析を進めることでエニオンの波動関数や分数統計性の空間依存性のに関する新たな知見を得る。
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