| 研究課題/領域番号 |
19H01821
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
野口 篤史 東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (60761525)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| キーワード | 低温電子源 / 高電圧超伝導回路 / 電子トラップ / 極低温極高真空 / 超伝導ナノワイヤ検出器 / 量子エレクトロニクス |
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| 研究実績の概要 |
振動電場によって真空中に捕獲された電子を用いることで、長いコヒーレンスと速い制御を両立した量子系を構築することができる。しかし、電子は光によって量子制御することが難しいために、これまで制御された量子系として実現されてこなかった。そこで、本研究では、極低温環境において電子を捕獲し、その量子状態を超伝導マイクロ波回路を用いて観測・制御することを目指して研究をしている。
令和２年度では、電子トラップのための超伝導回路の開発に成功した。超伝導体として窒化チタンを用いることで、5GHzの内部Q値200,000の２次元共振器の構築に成功し、超伝導回路を用いた電子トラップに必要な高電圧のマイクロ波を印加可能であることを示した。
また、電子を捕獲するための環境を整えるため、300mKのステージに設置する小型真空チャンバーを設計した。室温でベーキングし、高真空で封じ切りをした銅製真空チャンバーを冷やすことにより、極低温で極高真空環境を実現する。
また、低温環境で電子を発生させるため、全光学的手法による電子源を開発した。カルシウム原子に共鳴する２台の外部共振器型半導体レーザーを作製した。室温の高真空チャンバー内でレーザーアブレーションによって生成したカルシウム原子ビームを用意し、作製したレーザー光源により２段階光イオン化し、電子を生成した。生成した電子はMCPによって観測した。
さらに低温環境下での低エネルギー電子の検出の方法として、超伝導ナノワイヤへ電子を導入し、電子の衝突による常伝導転移を利用した検出方法について検討した。また、本年度ではこの検出器の原理検証をするための実験系を設計した。
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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
令和２年度中に電子の捕獲までいくことはできなかったが、トラップのための超伝導回路の開発、極低温極高真空環境を実現するチャンバー設計、低温で動作可能な電子源の開発、低温での電子の検出のための超伝導低エネルギー電子検出器開発のための設計を完了した。このように、電子トラップのための要素技術は開発されつつあるため。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和２年度に設計したチャンバーや実験系を実際に構築し、電子を捕獲するための環境を整える。この環境に原子の光イオン化による電子源と捕獲用の超伝導電極・共振器を実装することで、令和３年度中に極低温での電子捕獲と、その検出を目指す。
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