| 研究領域 | ハイブリッド量子科学 |
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| 研究課題/領域番号 |
15H05867
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| 研究機関 | 国立研究開発法人理化学研究所 |
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研究代表者 |
石橋 幸治 国立研究開発法人理化学研究所, 石橋極微デバイス工学研究室, 主任研究員 (30211048)
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| 研究分担者 |
大野 雄高 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 教授 (10324451)
平山 祥郎 東北大学, 理学研究科, 教授 (20393754)
神田 晶申 筑波大学, 数理物質系, 准教授 (30281637)
小林 慶裕 大阪大学, 工学研究科, 教授 (30393739)
川村 稔 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 専任研究員 (60391926)
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| 研究期間 (年度) |
2015-06-29 – 2020-03-31
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| キーワード | 電荷 / スピン |
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| 研究実績の概要 |
今年度は、化合物半導体ナノ構造、ナノカーボン（グラフェン、カーボンナノチューブ）においてハイブリッド構造を作製するとともに、電荷・スピンを中心とした量子変換機能実証へ向けた実験を行った。具体的には、下記のような実績を得た。
１）ナノカーボンを用いた研究に関しては以下を上げることができる。集束イオンビームを用いて多層カーボンナノチューブに再現性の良いトンネル障壁を形成する技術を開発した。核スピンを有するカーボンをグラフェン中に導入する合成方法の開発を行った。ダイアモンドNVセンターとカーボンナノチューブをハイブリッドする技術の開発を行った。グラフェンのひずみの方位の簡便な判別法の開発や周期ひずみ構造の周期の微小化、ひずみの空間変化量の増大化を行った。
２）化合物半導体ナノ構造を用いたハイブリッド機能に関しては次のことを行った。ナノワイヤ量子ドットを超伝導マイクロ波共振器中の光子と相互作用を調べた。閉じ込めポテンシャルを幅広く制御できるトリプルゲート量子ポイントコンタクトの作製やそれを用いた抵抗検出NMRに着手した。
３）新機能ハイブリッド材料としてのトポロジカル絶縁体・超伝導体に関して次のことを行った。HgTeを用いたトポロジカルジョセフソン接合を実証するために２次元トポロジカル絶縁体となるHgTe構造において、そのマイクロ波応答を調べ、奇数次のステップが３次元の場合よりも多く消失することを観測した。磁性トポロジカル絶縁体のヘテロ構造を作製し、その磁化方向を制御することにより、量子化された電気磁気効果が期待される「アクシオン絶縁体」状態を実現した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究の最大の目的は、個々の量子（特に電荷とスピン）をハイブリッドさせる構造を作製するとともに、その機能を実証することである。そのような趣旨のもと、マイクロ波光子やNV中心を利用した光子との相互作用、様々な系におけるフォノンとの相互作用、さらには核スピンとフォノンとの相互作用に関する幅広い研究が行われており、基礎的なレベルで成果が出つつあるといえる。また、新材料としてのトポロジカル絶縁体や超伝導体においては大きな成果が出ており、今後、他の量子とのハイブリッド化へと向かいたい。
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| 今後の研究の推進方策 |
電荷・スピンを中心としたハイブリッド機能に関する基礎的な研究が順調に進んでいる。今後はそれらをより具体的に、どのようにハイブリッド化させることを実証させてゆく必要がある。特に、核スピン系をフォノンとハイブリッドさせるために、量子ポイントコンタクト構造をブリッジ上に作製する技術の開発、フォノンとクーパペアのハイブリッドを目指し、グラフェンの格子ひずみが超伝導特性に与える影響を調べる、量子ドット中の電荷とフォノンをハイブリッドする中空ナノチューブ量子ドットの形成、NVセンターとナノチューブをハイブリッドすることによるナノチューブ中の電流分布の量子計測など、ハイブリッド化により可能となる新機能の創成を具体化させる。
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