| 研究課題/領域番号 |
18H05258
|
|---|
| 研究機関 | 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所 |
|---|
研究代表者 |
藤原 聡 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, フロンティア機能物性研究部, 上席特別研究員 (70393759)
|
|---|
| 研究分担者 |
山端 元音 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, フロンティア機能物性研究部, 特別研究員 (00751702)
金子 晋久 国立研究開発法人産業技術総合研究所, 計量標準総合センター, 首席研究員 (30371032)
島田 宏 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 教授 (60216067)
|
|---|
| 研究期間 (年度) |
2018-06-11 – 2023-03-31
|
| キーワード | 量子計測三角形 / 単電子 / 量子ホール / 量子電気標準 |
|---|
| 研究実績の概要 |
本年度も、コロナの影響で実験の進捗が限定的であったが、各担当チームにて量子計測三角形の高精度な実現に向けた要素技術の開発、一昨年度から始まった共同実験の本格始動に向けた準備を推進した。
NTTでは、共同実験に向けて、変調バリア型の単電子転送素子のスクリーニングテストを継続した。また、高精度実現にむけた素子構造や動作の最適化のため、実際の素子構造をモデル化し、ゲート電界によるポテンシャルの数値計算を実行するデバイスシミュレータを作成した。実験で得られたポテンシャルバリア形状や帯電エネルギーなどとの比較を行い、シミュレータがデバイス特性予測・素子設計に有効なツールとして機能すること確認した。
産総研においては、量子計測三角形を構成する３つの物理量のうち、特に電圧に関して注力して研究を進めた。希釈冷凍機中の４Kステージ上で、量子計測三角形の実験で利用する1mVの電圧を5×10^(-8) V/V（0.05 ppm）の相対不確かさで確認した。さらに、汎用レベルの1 Vまでの電圧を4×10^(-8) V/V（0.04 ppm）の相対不確かさで発生することに成功した。電流に関しては、量子計測三角形の実験におけるinsituでの量子素子つなぎ変えや、電流反転のために鍵となるリレースイッチの絶縁抵抗、経時変化、個体依存性を調べ、量子計測三角形の実験に利用できる充分な絶縁抵抗を持っていることを確認した。抵抗に関しては１MΩの量子ホールアレイ素子の継続評価をKRISSと共同で行い、300 nΩ/Ω（0.03 ppm）の不確かさを確認した。
電通大においては、単一磁束量子回路（位相回路）と単一電子回路（電荷回路）の融合のために後者の電流スケーラビリティを検証した。また、電流ミラーの発現機構の明示化のために、単一クーパー対トランジスタを用いた高感度フォノン検出器を理論・実験を通して実現し、ミラー回路を構成する接合列からのフォノン束の検出に適用した。
|
| 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
本年度も、コロナの影響で実験研究の進捗が限定的であったため、デバイスシュミレーションの構築など理論研究の比重を高くして、研究を進めた。NTTでは、共同実験で用いる変調バリア型の単電子転送素子のスクリーニングテストを継続した。また、デバイス特性予測・素子設計に有効なツールとして、シリコン量子ドットや変調バリアのポテンシャル形状と予想される転送精度を計算するデバイスシミュレータを作成した。産総研では、量子計測三角形を構成するジョセフソ電圧標準を希釈冷凍機に実装し、1mVの電圧を5×10^(-8) V/Vの相対不確かさで確認することに成功した。電流については、希釈冷凍機内でのinsituでの素子のつなぎ変えや電流反転を行うためリレースイッチを実装し、実験上必要な高い絶縁抵抗を確認した。抵抗については、1MΩの量子ホールアレイ素子の評価を継続し、300 nΩ/Ωの不確かさを確認した。電通大においても、単一磁束量子回路との融合のための単一電子回路の電流スケーラビリティの検証、量子電子ミラーにおけるフォノン束の検出などに成功した。
以上のように、概ね順調に進展している。
|
| 今後の研究の推進方策 |
ここ２年間、コロナの影響で実験の進捗が限定的であったが、最終年度では、量子計測三角形のサブppmレベルでの実証を目指し、産総研におけるNTTの単電子転送素子の評価を行う共同実験を推進する。また、将来のさらなる高精度実験に向けて、要素技術の開発を各担当チームにて推進する。
NTTにおいては、共同実験に用いるための単電子転送素子のスクリーニングテストを行う。また、補償パルス方式を用いた転送機構制御による高精度化、任意波形発生器を用いた非断熱励起の抑制、デバイスシュミレータを駆使した動作最適化など、これまでに知見を蓄積してきた単電子転送の高度な制御手法を総動員して、最終年度の共同実験への適用を試みる。
産総研における共同実験の進め方は以下の通りである。電流に関しては、NTTで評価した素子を複数個希釈冷凍機中に実装し、単一電子転送による量子化電流の逓倍を目指す。合わせて２つの素子で発生した量子化電流の相互比較を行い、その不確かさの評価を行う。その後、改良した磁気シールドの実装を行い、ジョセフソン 電圧標準素子の磁場中での駆動と不確かさ評価を行い、量子ホールアレイ素子との同時駆動を目指す。また不確かさ評価を行なった量子ホールアレイ素子を用いて電流電圧変換を行い、量子計測三角形の検証に向けて研究を進める。
電通大においては、単一磁束量子回路による超高速単電子検出技術の開発を目指し、稀釈冷凍温度で変調された単一磁束量子パルスの読み取りの実証実験を行う。量子電流ミラーについては、原子層堆積法による高誘電率TiO2薄膜を用いた強結合ミラー素子による高精度転写の実証、またその機構の解明を目指す。
|
