| 研究課題/領域番号 |
26600071
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
中村 泰信 東京大学, 先端科学技術研究センター, 教授 (90524083)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2016-03-31
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| キーワード | 強磁性体 / マグノン / 強磁性共鳴 / ガーネット |
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| 研究実績の概要 |
巨視的な自由度としての強磁性体中の集団スピン励起の量子であるマグノンの量子状態を自在に制御する「量子マグノニクス」を提案し，その実現を目指している．強磁性絶縁体イットリウム鉄ガーネット(YIG)単結晶球を用いた実験を行い，当該年度に以下の成果を挙げた．
1. 強磁性絶縁体YIG単結晶球中の強磁性共鳴モードと，マイクロ波共振器モードのコヒーレントな結合を単一マグノン・単一マイクロ波レベルの量子極限において実現した．さらにマイクロ波共振器モードを媒介とした，超伝導量子ビット回路との強磁性体中のマグノンのコヒーレントな相互作用を，周波数領域における真空ラビ分裂として観測した．
2. 極低温領域（10 mK ～ 4 K）における強磁性マグノンモードの振る舞いを観測した．1 K以下の温度領域において，マグノン線幅に従来知られていなかった特異な温度依存性を見出した．
3. 通信波長(1.5ミクロン)帯のレーザー光と強磁性マグノンの相互作用を調べ，マグノン励起のファラデー効果による観測および誘導ブリルアン散乱によるマグノン励起の生成に成功した．
巨視的なサイズの強磁性体中のマグノンを1量子レベルで制御する試みは世界初であり，量子情報科学への応用が期待される．また現在盛んに研究されているスピントロニクスの量子極限に相当する成果であり，新たな知見を得ることが期待される．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
巨視的な自由度としての強磁性体中の集団スピン励起の量子であるマグノンの量子状態を自在に制御する「量子マグノニクス」を提案し，その実現を目指している．当該年度に以下の点を達成した．
1. 強磁性絶縁体YIG単結晶球中の強磁性共鳴モードと，マイクロ波共振器モードのコヒーレントな結合を単一マグノン・単一マイクロ波レベルの量子極限において実現し，論文を出版した．さらにマイクロ波共振器モードを媒介とした，超伝導量子ビット回路との強磁性体中のマグノンのコヒーレントな相互作用を，周波数領域における真空ラビ分裂として観測した．
2. 極低温領域（10 mK ～ 4 K）における強磁性マグノンモードの振る舞いを観測した．1 K以下の温度領域において，マグノン線幅に従来知られていなかった特異な温度依存性を見出した．
3. 通信波長(1.5ミクロン)帯のレーザー光と強磁性マグノンの相互作用を調べ，マグノン励起のファラデー効果による観測および誘導ブリルアン散乱によるマグノン励起の生成に成功した．
以上の点から，当初計画以上に進展していると評価する．
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| 今後の研究の推進方策 |
高純度原料を用いてフローティングゾーン法で成長したYIG単結晶や，新たにPbフリーのフラックス法で成長予定のYIG単結晶を用いて，極低温下での強磁性共鳴実験を行い，マグノンのコヒーレンスの改善を図る．それぞれについてマグノン線幅の温度依存性や周波数・パワー依存性を調べて，緩和機構に関する情報を得る．
YIG単結晶中のマグノン励起と超伝導量子ビットの間のコヒーレントな相互作用を時間領域における実験を通じて制御し，マグノンの量子状態の制御と観測を実現する．
YIG単結晶中のマグノン励起と光の相互作用についてファラデー回転やマグノンブリルアン散乱の定量的な評価を行う．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
フローティングゾーン法による単結晶試料の育成に時間がかかり，年度末に予定していた球状試料研磨の発注が遅れたため．
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| 次年度使用額の使用計画 |
試料が完成したので，近日中に発注予定．
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