核スピンによる量子トンネル制御

使用核自旋的量子隧道控制

基本信息

批准号：
18654058
负责人：
野尻浩之
金额：
$ 2.05万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-18654058/
关键词：
量子トンネル量子計算コヒーレンス強磁場超低温

项目摘要

本研究の目的は最も単純な量子キュービットであるS=1/2の単一スピンを用いて、量子トンネル効果を磁場制御し、電子スピンの量子トンネリングにおける核スピンの役割を明らかにする事にある。本年度は、核スピンの偏極をラジオ波で制御した場合のトンネル確率の変化の検証、トンネルギャップが小さな高スピンMn化合物における非断熱遷移の検証、S=1/2基底状態をもつV15スピンクラスターのトンネルギャップの直接測定と、核スピンとの相関を研究した。Mn7核からなる車輪型分子磁石においては、磁場掃引速度を10^4T/s領域にすると磁化の反転率が低下する現象が見いだされた。これは非断熱遷移領域に達したことを示唆する。その一方で、量子振動等は観測されず、デコヒーレンスが強いことが判明した。Mnイオンは比較的大きな核スピンをもつことから、核スピンのゆらぎによる低周波のノイズがこれに寄与していると考えられる。一方ガラスにドープしたCuイオンに関しては、高速掃引領域で反転率が75%程度に低下することが見いだされた。この確率は核スピンを含めたパリティが保存すると考える時に期待される値である。その一方で、中間の掃引速度では反転率が1に近くなり、掃引速度と反転率の関係に非単調性が見いだされたが、この原因は不明である。一方、V15においては、ゼロ磁場のトンネルギャップの大きさがこれまで判っていなかったが、今回超低周波ESRによりその大きさを30 mK程度と決定した。この大きさは核スピンの寄与が無視できないことを示す。

这项研究的目的是利用最简单的量子比特，即S=1/2的单自旋，用磁场来控制量子隧道效应，并阐明核自旋在电子自旋量子隧道效应中的作用。。今年，我们将研究当核自旋极化受无线电波控制时隧道概率的变化，研究具有小隧道间隙的高自旋Mn化合物中的非绝热跃迁，并研究S=1/2基态的V15自旋团簇。隧道间隙的直接测量及其与核自旋的相关性。在由Mn7核组成的轮状分子磁体中，当磁场扫描速度设置在10^4T/s区域时，发现磁化反转率降低的现象。这表明已经达到非绝热过渡区域。另一方面，没有观察到量子振荡，表明强烈的退相干。由于Mn离子具有相对较大的核自旋，因此认为由核自旋波动引起的低频噪声对此有贡献。另一方面，对于掺杂到玻璃中的Cu离子，发现在高速扫描区域反转率降低至75%左右。当我们考虑包括核自旋在内的宇称守恒时，该概率是期望值。另一方面，在中等扫描速度下，反转率接近1，并且在扫描速度和反转率之间的关系中发现非单调性，但其原因尚不清楚。另一方面，在V15中，零磁场下隧道间隙的大小迄今为止尚不清楚，但这次使用超低频ESR确定约为30 mK。这个数量级表明核自旋的贡献不容忽视。