東工大ら、従来の量子発光体の課題を解決するダイヤモンド量子発光体の作製に成功

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ダイヤモンド中のSnVセンター(左)IV族元素の周期表(中央)高温高圧加熱処理後のSnVセンターからの発光スペクトル(右)SnVセンターの原子レベル構造(赤・スズ原子 黒・炭素原子)

東京工業大学は2017年12月26日、産業技術総合研究所、物質・材料研究機構、独ウルム大学と共同で、高温で安定し、従来の量子発光体が持つ課題を解決する新しいダイヤモンド量子発光体の作製に成功したと発表した。

固体物質中に形成される量子発光体は、量子メモリーなどのへの応用が期待され、その研究が進められている。しかしこれまで報告されてきた量子発光体では、量子情報の保存に必要なスピンコヒーレンス時間が短い、発光強度が小さいなどの課題があった。ごく最近、100ミリケルビンまで冷却することでスピンコヒーレンス時間を延長できた例があるが、複雑で大規模な希釈冷却器が必要であり、冷却が容易となる温度においては量子ネットワークに応用できるような長いスピンコヒーレンス時間を達成するのは難しいという問題があった。

今回の研究では、イオン注入法によってスズ(Sn)を導入したダイヤモンドを高温高圧下に置き、スズと空孔(V)が結びついた新しい発光源であるスズ-空孔(SnV)センターを作製。理論計算および低温計測によって、このSnVセンターが従来の発光源が持つ、低発光強度、不安定な発光波長位置、短スピンコヒーレンス時間というすべての課題を解決する可能性があることを明らかにした。

これにより今後長距離量子ネットワーク構築のための、量子メモリーとしての応用が期待できるという。さらに量子センサーとして機能する可能性も持っており、センサーや単一光子発光源、メモリーなどさまざまな量子光学素子としての応用、展開が期待できるという。

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