Realization of ultraprecise single-ion implantation using laser-cooling for formation of NV-center arrays

利用激光冷却实现超精密单离子注入形成NV中心阵列

• 批准号: 20H00145
• 负责人: 斎藤 勇一
• 金额: $ 29.2万
• 依托单位: National Institutes for Quantum Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20H00145/
• 关键词: 単一イオン注入; イオントラップ; レーザー冷却; NVセンター; 量子情報; 単一イオン引出し; NVセンター多量子ビット; NVC多量子ビット

2022年度は、イオントラップでクーロン結晶化させて紐状に並んだ4個のCaイオンをトラップから射出して、MCP粒子検出器により4個のイオンをそれぞれ検出することに成功した。この時のイオンがMCPに到達する時間間隔は70ns程度で、おおむね計算値と一致した。トラップから引き出したイオンを製作した加速レンズで目的の径に集束させるための各種電圧とそれらを印加するタイミングをシミュレーションにより検討し、数nmレベルに集束可能な条件を見出した。また、実証機用のイオントラップの設計・製作を行った。また、実際にイオン注入する場合、Caイオンにより共同冷却されるNイオンは1個から2個程度となるため、イオンを一つ注入するごとにクーロン結晶を再構築する必要があり、それに数分程度の時間を要する。産業利用などの実用化を考慮するとその時間の短縮が課題となる。そこで、複数のNイオンをトラップしてCaで共同冷却することのできる新たなクーロン結晶状態をシミュレーションにより探索した。その結果、中心軸上の13個のNイオンを24個のCaイオンが取り囲むような形状の3D結晶が存在することを突き止めた。さらに、イオントラップ等に印加する電圧を精密に制御することにより、そこからNイオンを一つずつ取り出せる可能性があることを明らかにした。

In 2022, the number of crystallization units was 4, and MCP particle detectors were 4. The time interval between MCP arrivals is approximately 70ns, and the calculation value is consistent. All kinds of voltages and voltages can be found in the cluster. The design and production of the test machine are carried out. In the case of injection, it is necessary to cool down together for a period of time. The problem of shortening the time of industrial utilization is considered. The new crystal state of the crystal is discussed in detail below. As a result, there are 13 N elements on the central axis and 24 Ca elements on the central axis. For example, if the voltage is precisely controlled, the probability of obtaining the voltage is clearly determined.

项目成果

レーザー冷却イオンの超精密注入に関するシミュレーション研究

激光冷却离子超精密注入仿真研究

• 发表时间: 2023
• 作者: 百合 庸介 ;宮脇 信正 ;石井 保行 ;細谷 青児 ;穂坂 綱一 ;柏木 啓次 ;島田 紘行 ;山縣 諒平 ;横田 渉 ;佐藤 隆博 ;齋藤 勇一 ;小野田 忍 ;鳴海 一雅 ;室尾 健人 ;伊藤 清一 ;岡本 宏己
• 通讯作者: 岡本 宏己

Design of a collimator-less two-stage acceleration lens for a single ion implantation system

单离子注入系统无准直两级加速透镜设计

• 发表时间: 2022
• 作者: 石井 保行 ;宮脇 信正 ;鳴海 一雅 ,小野田 忍 ;齋藤 勇一
• 通讯作者: 齋藤 勇一

共同冷却された単一イオンの超高精度射出に関する研究

共冷单离子超高精度注入研究

• 发表时间: 2022
• 作者: 室尾健人;伊藤清一;岡本宏己;宮脇信正
• 通讯作者: 宮脇信正

単一イオン注入装置における静電レンズの比較

单离子注入机中静电透镜的比较

• 发表时间: 2022
• 作者: 石井保行;大久保 猛;宮脇信正;鳴海一雅;斎藤勇一
• 通讯作者: 斎藤勇一

単一イオンビーム注入装置用二段階加速レンズの設計

单离子束注入机两级加速透镜设计

• 发表时间: 2023
• 作者: 石井 保行 ;宮脇 信正 ;百合 庸介 ;小野田 忍 ;鳴海 一雅 ;齋藤 勇一
• 通讯作者: 齋藤 勇一