2016 Fiscal Year Annual Research Report
希土類元素を添加したノンスピンバス量子光学結晶の創成
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15H04130
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| Research Institution | NTT Basic Research Laboratories |
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Principal Investigator |
尾身 博雄 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 機能物質科学研究部, 主任研究員 (50257218)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
俵 毅彦 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子光物性研究部, 主任研究員 (40393798)
清水 薫 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子光物性研究部, 主幹研究員 (50426607)
齊藤 志郎 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子電子物性研究部, 特別研究員 (90393777)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | エルビウム / イットリウムシリケイト / 結晶成長 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
当該年度は、前年度に作製した高品質な同位体１６７Ｅｒが添加されたイットリウムシリケイト（ＹＳＯ）単結晶インゴットを用い、量子光学実験用に１６７同位体Ｅｒ添加ＹＳＯ単結晶を作製（加工・研磨・コーティング）し、この１６７Ｅｒ－ＹＳＯ単結晶に対して超微細分光測定を行った。また、同位体効果を明確にするためにレファレンスとして市販のＥｒ添加ＹＳＯ単結晶（Ｅｒの同位体が制御されていない）に対しても同様の測定を行った。その結果、１６７Ｅｒイオンの超微細構造間の遷移の線幅は純化された１６７Ｅｒの方が純化されていないＥｒイオンのそれよりも細いことが明らかになった。この結果は希土類酸化物中の希土類イオンの量子状態をコヒーレントの操作するためには同位体の純化が非常に重要であり、有効であることを示している。さらに、当該年度は、量子ビットとなるＥｒを添加するためのノンスピンバス結晶（核スピン量の少ないホスト結晶）としてＣｅＯ２およびＹ－Ｗ－Ｏ系の薄膜を選定し、実際にシリコン基板上にＣｅＯ２およびＹ－Ｗ－Ｏ単結晶薄膜を分子線エピタキシャルＭ成長することに成功した。さらに、ＣｅＯ２薄膜についてはＥｒの添加にも成功しており、実際にＥｒからのフォトルミネッセンスが観測された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究においてきわめて重要となる同位体167Er添加ＹＳＯ単結晶において、同位体純化の効果を微細分光測定により実証することに成功した。また、ノンスピンバスＹＳＯ単結晶の結晶成長にむけて準備が整った。さらに、ノンスピンバス結晶として期待される新しい材料（ＣｅＯ２，Ｙ－Ｗ－Ｏ系）薄膜の成長にも成功した。
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| Strategy for Future Research Activity |
単結晶で実証されたＥｒ同位体純化の効果に加え、ホスト結晶となるＹＳＯ結晶からのスピンをできるだけ排除することによるさらなるスペクトル線幅の狭線化をめざし、ＹＳＯ結晶中のシリコンも同位体純化した１６７添加ＹＳＯ薄膜晶成長し、その成長条件の最適化を図る。また、Ｙ－Ｗ－Ｏ系薄膜へ１６７Ｅｒを添加し、このようにして得られた薄膜に対して微細分光測定を行うことによりＥｒイオンの量子状態のさらなる長寿命化を図る。それと同時に、超伝導磁束回路による量子ビット操作の実験を進める。
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