シリコン中のエンタングルメント及び量子ホログラフィックメモリー動作に関する研究

2010 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 22241024
• 研究機関: 慶應義塾大学
• 研究代表者: 伊藤 公平 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (30276414)
• キーワード: 量子情報 / 半導体

研究概要

シリコン量子情報処理に関する物性・量子物理学研究を実施した。まず、安定同位体純度を99.999%以上に高めた28Si単結晶を作製し、同位体起因の質量・核スピンの空間的不均一分布が徹底的に排除された疑似真空状態を実現した。そこにリン不純物を系統的に添加し、1)電子および核スピンデコヒーレンスの機構解明と抑制方法の開発、2)電子・核スピンの高純度エンタングルメント生成と検出に関する実験に成功した。上記成果は1)をPhysical Review B誌、2)をNature誌に発表した。主要実験手法はパルス電子磁気共鳴、パルス電子磁気二重共鳴(EMDOR)、フォトルミネッセンス励起分光(PLE)であった。また、シリコン中のリン電子スピンと核スピンの状態を電気伝導度の変化で読み出す新しい高感度電子磁気共鳴測定法の開発にも成功した。試料に電極を作製し、そこに一定周波数のマイクロ波を照射しながら磁場を挿引する新しいコンセプトで実験に成功し、その成果をApplied Physics Express誌に発表した。
また、核スピンと質量分布を制御したシリコン同位体ヘテロ構造の作製に向けた分子線エピタキシー成長と評価法の開発も行った。特に原子レベルの分解能でヘテロ構造を評価できるアトムプローブ法に着目し、その発展をJournal of Applied Physics誌とApplied Physics Letters誌に発表した。

研究成果

• [雑誌論文] Entanglement in a Solid-State Spin Ensemble (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Simmons, R. M. Brown, H. Riemann, N. V. Abrosimov, P. Becker, H.-J. Pohl, M. L. W. Thewalt, K. M. Itoh, and J. J. L. Morton
  • 雑誌名: Nature 巻: 470 ページ: 69-72
  • DOI: 10.1038/nature09696
  • 査読あり
• [雑誌論文] Depth and Lateral Resolution of Laser-Assisted Atom Probe Microscopy of Silicon Revealed by Isotopic Heterostructures (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Shimizu
  • 雑誌名: J.Appl.Phys. 巻: 109 ページ: 036102
  • 査読あり
• [雑誌論文] Linewidth of Low-Field Electrically Detected Magnetic Resonance of Phosphorus in Isotopically Controlled Silicon (2011)
  • 著者名/発表者名: H.Morishita
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 4 ページ: 021302
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ultraviolet-Laser Atom-Probe Tomographic Three-Dimensional Atom-by-Atom Mapping of Isotopically Modulated Si Nanoscopic Layers (2011)
  • 著者名/発表者名: O.Moutanabbir
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 巻: 98 ページ: 013111
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electron spin coherence of phosphorus donors in silicon : Effect of environmental nuclei (2010)
  • 著者名/発表者名: E.Abe
  • 雑誌名: Phys.Rev.B 巻: 82 ページ: 121201
  • 査読あり
• [学会発表] Decoherence Mechanisms of Phosphorous Donor Electron Spin in Silicon : Effect of Their Mutual Interactions (2010)
  • 著者名/発表者名: E.Kawakami
  • 学会等名: 公開シンポジウム「ナノ量子情報エレクトロニクスの進展」
  • 発表場所: 東京大学
  • 年月日: 2010-12-22
• [学会発表] シリコン中のリン不純物における電子スピン一核スピンエンタングルメントの生成と検出 (2010)
  • 著者名/発表者名: 伊藤公平
  • 学会等名: 公開シンポジウム「ナノ量子情報エレクトロニクスの進展」
  • 発表場所: 東京大学
  • 年月日: 2010-12-22
• [備考]
  • URL: http://www.appi.keio.ac.jp/Itoh_group/publications/