| 研究課題/領域番号 |
18K18726
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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 |
柏谷 聡 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (40356770)
佐々木 進 新潟大学, 自然科学系, 准教授 (80323955)
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| 研究期間 (年度) |
2018-06-29 – 2021-03-31
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| キーワード | ダイヤモンド窒素-空孔中心 / 量子シミュレータ / 量子多体系 |
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| 研究実績の概要 |
本年度、相互作用する核スピン格子の作製法の研究、高分解能固体NMR装置を用いたバルクフッ化物を対象とした双極子相互作用の制御手法に関する研究、核スピン量子多体系の電子スピンと光を介した読み出しに関する研究を開始した。高純度化学気相成長ダイヤモンドに同位体分離した15N+イオンを注入し、表面から浅いところに高い面密度のNVセンターを形成した。RFプラズマ反応炉中にて(001)および(111)ダイヤモンド表面にフッ素化表面処理し、19Fの格子構造を作製した。RHEEDにより表面構造の観測を実施し、表面構造を観測した。既に稼働中の広視野光学顕微鏡を用いた局所磁場検出のためのシステムに本予算で購入した任意波形発生器を組み込み、パルス形状が波形整形されたマイクロ波パルスの照射を可能とした。これにより量子スピン制御の忠実度が格段に向上した。核スピン制御のための高周波照射系の構築を行った。NV電子スピンの偏極度をNV-センターのアンサンブルからの発光によって検出し、光の並列性を最大限活用してスループットを上げる手法を用いて、多数のNV電子スピンの量子スピン状態を発光イメージとして繰り返し取得した。NV電子スピンをグリーンレーザパルス励起とマイクロ波パルス励起により量子スピンの基底状態|0＞と|1＞から、|0＞と|1＞の2つの重みが等しい重ね合わせ状態であるHadamard基底に初期化した。ラムゼー共鳴等の手法により、量子スピン状態の制御とその結果の読み出しを行った。得られた信号とシミュレーションとの比較により高い忠実度で量子スピン状態の制御と状態の読み出しが行われていることが確認された。
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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
本年度、波形整形されたマイクロ波パルスの照射により、高い忠実度で量子スピン状態の制御と状態の読み出しが行われていることが確認された。これは、ダイヤモンドNVスピンアンサンブルと広視野光学顕微鏡を用いた量子スピン状態の制御と状態の読み出しの手法の有効性を示す。これにより当初の課題の一つの解決の目処がたった。また、測定に使用された15N+イオンを注入し、表面から浅いところに高い面密度でNVセンターを形成したダイヤモンド試料が1μsのアンサンブルスピンコヒーレンス時間T2*を有することが示された。これは単一NVセンターで達成されているT2*より若干短く、NVセンターの密度等の試料作製条件を今後最適化することが課題である。
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| 今後の研究の推進方策 |
ダイヤモンドNVスピンアンサンブルと広視野光学顕微鏡を用いた量子スピン状態の制御と状態の読み出しの手法をさらに発展させ、核スピン制御のためのXY-4、XY-8等の多重パルス法の導入、および新規多重パルス法の開発を進める。多重パルス印加によるスピンコヒーレンス時間の延長、試料作製条件を最適化により長いスピンコヒーレンス時間を有するダイヤモンド試料の作製を行う。以上により、電子スピンを介した核スピン状態の制御と観測、量子シミュレータを核スピン格子構造上に構築する可能性を探る研究を推進する。
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