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2022 年度 実績報告書

高出力ミリ波光源ジャイロトロンによるミリ波帯パルスESR計測の実現

研究課題

研究課題/領域番号 20K04596
研究機関福井大学

研究代表者

光藤 誠太郎  福井大学, 学術研究院工学系部門, 教授 (60261517)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワードパルスESR / ジャイロトロン / FID / ミリ波 / 自動計測 / 量子コンピューター / シリコン / beyond 5G
研究実績の概要

量子コンピューターの候補として興味が持たれる, 希薄ドープの Si :Pの測定では 個々の電子スピンが常磁性状態を維持するためにはPドープによる電子スピン数 10^17 spins/cc 以下である必要がある. 我々が開発を進めているミリ波帯のパルスESR装置で計測を行うには, いまだ一桁感度が足りない. そこで一桁の感度向上を達成するために信号のアベレージングを行うことを計画した. ただし, ここで問題になるのはジャイロトロンの発振器は, 位相制御されていないので, 測定ごとの位相はばらばらである. そのため単純に FID の中間周波数帯の検波信号を足し合わせても各々の信号が打ち消しあってしまう. そこで何度かフーリエ変換し, 周波数フィルタリングなどの信号処理を行い, FID のエンベロープを取り出しアベレージングを行う必要がある. 本研究ではコンピューターによる自動化システムの開発を行い, 各測定の位相補正を行い平均化等の統計的手法を効率的に用いることで,一桁以上の測定感度向上を実用的な時間スケールで達成した. 高感度化により 微小試料の測定が可能になったので微小試料を用いることで試料内の磁場の不均一分布を押さえ, 本質的な線幅を見積もることができた. 次にSi:PのFID測定を行ったが, 予想していた感度では信号は見えなかった. 外部磁場の不均一性による緩和時間の減少等の影響が考えられる結果であった. 次にエコー測定を目指した光駆動半導体スイッチの改良に取り組んだ, これにより任意の入射角や偏光で用いることのできる新しいスイッチの開発に成功した. 今後このスイッチ用いることで, より効率的に電磁波を制御し, 今より強い励起状態を実現することで, Si:Pの希薄スピンの信号測定につながると考えている.

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Application of high frequency gyrotron to pulsed ESR measurement2022

    • 著者名/発表者名
      Mitsudo S.、Sano T.、Nishio H.、Hayashi K.、Ishikawa Y.、Fujii Y.
    • 雑誌名

      IEEE

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1109/IRMMW-THz50927.2022.9895649

    • 査読あり
  • [学会発表] 154 GHz パルス ESR 装置を用いた coal の FT-ESR 測定2023

    • 著者名/発表者名
      佐野巴則, 西尾英通, 高橋雅人, 石川裕也, 藤井裕, 光藤誠太郎
    • 学会等名
      日本物理学会2023年春季大会
  • [学会発表] 二層構造を用いた新しい光駆動半導体スイッチの開発2023

    • 著者名/発表者名
      高橋雅人, 佐野巴則, 西尾英通, 石川裕也, 藤井裕, 光藤誠太郎
    • 学会等名
      日本物理学会2023年春季大会
  • [学会発表] ジャイロトロン光源を用いたパルス法ミリ波ESR測定装置の感度向上2022

    • 著者名/発表者名
      佐野巴則, 西尾英通, 林哉汰, 高橋雅人, 石川裕也, 藤井裕, 光藤誠太郎
    • 学会等名
      第61回電子スピンサイエンス学会年会(SEST2022)
  • [学会発表] 多層構造を用いた光駆動半導体スイッチの開発2022

    • 著者名/発表者名
      高橋雅人, 佐野巴則, 西尾英通, 石川裕也, 藤井裕, 光藤誠太郎
    • 学会等名
      2022年度日本物理学会北陸支部定例学術講演会
  • [学会発表] 高出力遠赤外光源ジャイロトロンを用いた新しい電子スピン共鳴法の開発2022

    • 著者名/発表者名
      光藤誠太郎, 佐野巴則, 廣澤康平, 石川裕也, 藤井裕, 高橋英幸, 大道英二, 太田仁
    • 学会等名
      第31回(2022年度)日本赤外線学会研究発表会
  • [学会発表] ジャイロトロンを用いたパルスESR分光装置の感度向上とその応用2022

    • 著者名/発表者名
      佐野巴則、西尾英通、林哉汰、石川裕也、藤井裕、光藤誠太郎
    • 学会等名
      第九回西日本強磁場科学研究会
  • [学会発表] ジャイロトロンを用いたパルス ESR 装置の感度向上とその応用2022

    • 著者名/発表者名
      佐野巴則, 西尾英通, 林哉汰, 石川裕也, 藤井裕, 光藤誠太郎
    • 学会等名
      日本物理学会2022年秋季大会
  • [学会発表] Application of gyrotron oscillator as high-power millimeter wave light source for FT-ESR measurement2022

    • 著者名/発表者名
      Tomonori Sano, Hidemichi Nishio, Kanata Hayashi, Yuya Ishikawa, Yutaka Fujii, Seitaro Mitsudo
    • 学会等名
      International Conference on Low Temperature Physics (LT29)
    • 国際学会

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公開日: 2023-12-25  

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