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光-電子スピン-核スピン格子ハイブリッド系の量子コヒーレント制御

公募研究

研究領域ハイブリッド量子科学
研究課題/領域番号 18H04283
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
研究機関筑波大学

研究代表者

野村 晋太郎  筑波大学, 数理物質系, 准教授 (90271527)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
14,170千円 (直接経費: 10,900千円、間接経費: 3,270千円)
2019年度: 7,540千円 (直接経費: 5,800千円、間接経費: 1,740千円)
2018年度: 6,630千円 (直接経費: 5,100千円、間接経費: 1,530千円)
キーワードハイブリッド量子コヒーレント制御 / ダイヤモンド窒素-空孔中心 / マイクロ波イメージング / ダイヤモンド / 光電子スピン / 核スピン / 量子コヒーレント制御 / 光 / 電子スピン
研究実績の概要

昨年度の成果を踏まえて、本年度は、フォトン、マイクロ波、RF帯高周波をパルスシーケンサにより照射して、光-NV電子スピン-核スピン格子からなる系のハイブリッド量子コヒーレント制御に関する研究を実施した。昨年度に高度化した局所磁場検出システムに、本年度に任意波形発生器を導入した。これはマイクロ波パルスの形状を自在に制御することを可能とする装置である。この装置の導入によって、CPMG法等のマルチパルスシーケンス、およびスピンロッキング法によるアンサンブルスピン制御系の開発とコヒーレンスの拡大に関する研究を行った。スピンロッキング法によりおよそ1ms以上へのコヒーレンス(T1ρ)の延長が示された。さらに、本年度に導入したマイクロ波発生器によりマイクロ波の範囲を10 GHzまで拡大し、これに伴い印加磁場の範囲も拡大された。以上のように、ダイヤモンドNV中心の量子スピン制御の高度化と高精度化が進められ、核スピン系の冷却と偏極制御に関する研究を実施した。
また、連携研究者の新潟大学佐々木進氏との共同研究により、マルチ量子ビットの候補物質としてフッ化カルシウム結晶中の19FのNMR法による研究を実施した。マルチπパルスを印加する手法により19Fのコヒーレンスの延長が示された。
昨年度に引き続き、リソグラフィー法により作製した金属細線まわりのマイクロ波強度のイメージングに関する研究を実施した。直線型、テーパード型、クロス型のマイクロ波共振器中の金属細線について、定量的マイクロ波イメージングとFDTD計算によりそれらのマイクロ波増強効果を明らかにした。

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (29件)

すべて 2020 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (24件) (うち国際学会 7件、 招待講演 5件) 図書 (1件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] System for the remote control and imaging of mw fields for spin manipulation in NV centers in diamond2020

    • 著者名/発表者名
      Giacomo Mariani, Shuhei Nomoto, Satoshi Kashiwaya, and Shintaro Nomura
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 10 号: 1 ページ: 4813-4813

    • DOI

      10.1038/s41598-020-61669-w

    • NAID

      120007163343

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Probing the breakdown of topological protection: Filling-factor-dependent evolution of robust quantum Hall incompressible phases2020

    • 著者名/発表者名
      T. Tomimatsu, K. Hashimoto, S. Taninaka, S. Nomura, and Y. Hirayama
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 2 号: 1 ページ: 013128-013128

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.2.013128

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Nb弱結合型ナノSQUID・ダイヤモンドNVセンターを用いた磁気プローブマッピング2020

    • 著者名/発表者名
      野村晋太郎
    • 学会等名
      日本物理学会第75回年次大会シンポジウム講演
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 光-電子スピン-核スピン格子系の量子コヒーレント制御2020

    • 著者名/発表者名
      野村晋太郎, 小原由知, Giacomo Mariani, Dwi Prananto, 佐々木進, 柏谷聡
    • 学会等名
      新学術領域「ハイブリッド量子科学」第10回領域会議
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Coherence Enhancement of 19F-NMR in CaF22020

    • 著者名/発表者名
      Dwi Prananto, Susumu Sasaki, Kotaro Someya, Shintaro Nomura
    • 学会等名
      新学術領域「ハイブリッド量子科学」第10回領域会議
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Characterization of the microwave magnetic field of RLC resonators by using electron spins ensembles in diamond2020

    • 著者名/発表者名
      Giacomo Mariani, Shuhei Nomoto, Satoshi Kashiwaya, Shintaro Nomura
    • 学会等名
      International Workshop for Young Researchers on the Future of Quantum Science and Technology 2020
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ダイヤモンドNVセンターを用いた広視野量子センシング2019

    • 著者名/発表者名
      野村晋太郎
    • 学会等名
      第64回 光波センシング技術研究会講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Spin-locking Measurements Utilizing Local Enhancement of Microwave in the Vicinity of Micrometer Scale Metal Structures2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Obara, G. Mariani, S. Kashiwaya, and S. Nomura
    • 学会等名
      International Symposium on Hybrid Quantum Systems (HQS2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Wide-field quantum sensing using nitrogen-vacancy center ensembles in diamond2019

    • 著者名/発表者名
      Shintaro Nomura
    • 学会等名
      NCTU Seminar
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 広視野光学顕微鏡を用いたダイヤモンドNVセンタ量子センシング2019

    • 著者名/発表者名
      野村晋太郎
    • 学会等名
      量子デバイス材料研究ミニワークショップ
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] ダイヤモンド NV センター広視野量子センシング2019

    • 著者名/発表者名
      野村晋太郎
    • 学会等名
      東北大学電気通信研究所 共同プロジェクト研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] 非給電微小アンテナによる局所マイクロ波増強を利用したスピンロッキング2019

    • 著者名/発表者名
      小原 由知, Giacomo Mariani, 柏谷 聡, 野村 晋太郎
    • 学会等名
      日本物理学会秋季講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Wide-field imaging of microwave with nitrogen-vacancy center ensembles in diamond2019

    • 著者名/発表者名
      Shintaro Nomura
    • 学会等名
      Canada-Japan Workshop on Hybrid Quantum Systems
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] A Study of the Incompressible Strip in Quantum Hall System by Scanning Gate Microscopy2019

    • 著者名/発表者名
      Toru Tomimatsu, K. Hashimoto, S. Taninaka, S. Nomura, K. Sato, and Y. Hirayama
    • 学会等名
      2019 Collaborative Conference on Materials Research
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Wide-field imaging of microwave field by using NV centers in diamond2019

    • 著者名/発表者名
      Giacomo Mariani, Shuhei Nomoto, Satoshi Kashiwaya, and Shintaro Nomura
    • 学会等名
      International Symposium on 20th Anniversary of Superconducting Qubits (SQ20th)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 先端光学的手法を用いたナノ構造中電子状態の制御と検出2019

    • 著者名/発表者名
      野村晋太郎
    • 学会等名
      第17回ナノ学会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 非給電ミクロンサイズアンテナにより増強されたマイクロ波強度のイメージング2019

    • 著者名/発表者名
      野村晋太郎
    • 学会等名
      新学術領域「ハイブリッド量子科学」第8回領域会議
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] ダイヤモンドNVセンターを用いたラビ振動数マイクロ波強度イメージング2019

    • 著者名/発表者名
      野元嵩平,Giacomo Mariani,柏谷聡,野村晋太郎
    • 学会等名
      新学術領域「ハイブリッド量子科学」第8回領域会議
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 非給電微小アンテナによるマイクロ波局所増強のラビ振動FFTイメージング2019

    • 著者名/発表者名
      野元嵩平,Giacomo Mariani,柏谷聡,野村晋太郎
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 量子ホール非圧縮性状態の走査ゲートイメージング2019

    • 著者名/発表者名
      橋本克之,冨松透,谷中俊宥,野村晋太郎,平山祥郎
    • 学会等名
      日本物理学会第74回年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] ミクロンスケールマイクロ波増強のダイヤモンドNV センターを用いたイメージング2019

    • 著者名/発表者名
      Giacomo Mariani, 野元嵩平, 柏谷聡, 野村晋太郎
    • 学会等名
      第66回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] ダイヤモンドアンサンブルNVセンターを用いた光-電子スピン-核スピン格子系の量子コヒーレント制御2018

    • 著者名/発表者名
      野村晋太郎
    • 学会等名
      新学術領域「ハイブリッド量子科学」第7回領域会議
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] ダイヤモンドアンサンブルNVセンターを用いた広視野磁気イメージング2018

    • 著者名/発表者名
      野元嵩平、柏谷聡,野村晋太郎
    • 学会等名
      新学術領域「ハイブリッド量子科学」第7回領域会議
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Microwave intensity distribution imaging by Rabi oscillation FFT mapping of diamond NV Center2018

    • 著者名/発表者名
      Shuhei Nomoto, Gacomo Mariani, Satoshi Kashiwaya, Shintaro Nomura
    • 学会等名
      Interdisciplinary Workshop on Science and Patents 2018
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] ダイヤモンドNVセンターを用いた強磁性トポロジカル絶縁体中磁場ベクトルの再構成2018

    • 著者名/発表者名
      野元嵩平,木村龍典,柏谷聡,笹川 崇男,野村晋太郎
    • 学会等名
      新学術領域「ハイブリッド量子科学」若手研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Rabi oscillation FFT mapping of microwave intensity using NV centers in diamond2018

    • 著者名/発表者名
      Giacomo Mariani, Shuhei Nomoto, Satoshi Kashiwaya, Shintaro Nomura
    • 学会等名
      新学術領域「ハイブリッド量子科学」若手研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [図書] 第64回 光波センシング技術研究会講演論文集2019

    • 著者名/発表者名
      野村晋太郎
    • 総ページ数
      6
    • 出版者
      応用物理学会
    • ISBN
      9784863487376
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] Lab. for Optical Properties of Nanostructures

    • URL

      http://www.px.tsukuba.ac.jp/~snomura/

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [備考] 野村研究室

    • URL

      http://www.px.tsukuba.ac.jp/~snomura/

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

URL: 

公開日: 2018-04-23   更新日: 2021-01-27  

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