2020 Fiscal Year Final Research Report

Hybrid quantum science of charge and spin

Planned Research

PDF

Project Area	Science of hybrid quantum systems
Project/Area Number	15H05867
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
Allocation Type	Single-year Grants
Review Section	Science and Engineering
Research Institution	Institute of Physical and Chemical Research
Principal Investigator	Ishibashi Koji 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 主任研究員 (30211048)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	大野雄高名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 教授 (10324451) 平山祥郎東北大学, 理学研究科, 教授 (20393754) 神田晶申筑波大学, 数理物質系, 教授 (30281637) 小林慶裕大阪大学, 工学研究科, 教授 (30393739) 川村稔国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 専任研究員 (60391926)
Project Period (FY)	2015-06-29 – 2020-03-31
Keywords	電荷・スピン / 核スピン / 半導体・超伝導体接合 / 量子ドット
Outline of Final Research Achievements	In this project, we focused on charge of electrons and Cooper pairs, electron and nuclear spins to explore new physics and functionalities, especially by coupling different quanta including photons and phonons.To this end, various materials and their hybrid structures, such as nanostructures based on compound semiconductor heterostructures, nanoscale Si transistors, nanocarbon materials (Carbon nanotubes and graphene), topological insulators, superconductors were developed as different quanta play essential role in different materials and structures. We could control these quanta individually or collectively, and we studied interactions between the different quanta to realize coupling between them. In some cases, we could demonstrate hybridization of different quanta.
Free Research Field	量子ナノ工学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	本研究は物質の量子的な機能の可能性を引き出す研究であり、最近注目されている量子技術の先駆けとなる研究といえる。物質の量子的な性質は、電子や光子などの様々な粒子（量子）が担っているが、本研究ではそのうち特に電荷としての電子やクーパペアと電子及び核スピンに着目した。また、それぞれの量子がその特徴を最大限発揮する材料系はそれぞれ異なるため、様々な材料系を対象としたことが特徴であり、これらを量子物質と呼ぶこともできる。本研究において、異なる量子のハイブリッド化にかかわる学術的意義を明らかにできたのに加えて、ハイブリッド化による新たな機能をいくつか示せたことは量子の応用の観点からも意義がある。