機械的揺らぎを抑圧した2次元材料による高純度量子エミッタ

由二维材料制成的高纯度量子发射器，可抑制机械波动

• 批准号: 21K18193
• 负责人: 秋田 成司
• 金额: $ 16.56万
• 依托单位: Osaka Metropolitan University (2022)Osaka Prefecture University (2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-07-09 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K18193/
• 关键词: 量子エミッタ; 揺らぎ; ナノ電気機械; 2次元材料

本研究では原子層NEMS非線形ナノ機械振動子をプラットフォームとし、機械的振動のような低周波フォノンと光・電子系とを協奏させた量子マニピュレーションにより機械的揺らぎを量子極限まで抑圧し、線幅の狭い高純度な単一光子の生成とその応用に関する分野を開拓することを目的とし本年度は以下について検討を進めた。１.フォトンと機械共振器のカップリング：　単原子層機械振動子と結合した発光体の発光現象が振動子の運動に与える影響とその制御の可能性を検討した。実験的には低温（４K）環境において光共振器構造を持つ機械的共振器に光子源をおき、その発光と機械振動のカップリングについて検討した。静的環境下だけでなく共振状態で光共振器構造由来の発光増強とピークシフトを確認した。理論的には、発光現象を微視的に記述する量子マスター方程式と微視的Maxwell方程式を、光学的共振器が存在する条件で連立させ光学応答を計算した。さらにその光学応答に基づいて機械振動子に印加される光圧を計算し、発光による反跳力が単原子層機械振動子の運動にどのような影響を与えるかを巨視的な運動方程式により明らかにしてきた。２．ナノ機械振動子のモード間結合と機械的エネルギー移動の実現：単光子源となるhBNの下層にグラフェンを積層し静電駆動できる構造を検討した。この時、予期せず層間相互作用に起因すると思われる機械的な共振においてモード分裂および分裂したモード間でのエネルギー移動を見出した。また二つの弱く結合したナノ機械共振器間のエネルギー交換に起因する現象を観測した。さらに、積層デバイスで重要となる面内・面外熱（フォノン）伝導を明らかにしてきた。層間の相互作用がフォノンの伝導にどのように影響を与えているかを積層角の観点から論ずるため、量子エミッタとしても注目されているh-BNとグラフェンの層間熱コンダクタンスを計測した。

In this study, the atomic layer NEMS non-linear mechanical oscillator, low frequency mechanical vibration, optical and electronic system, quantum quantum limit, suppression of pressure, narrow amplitude, high purity single photon generation and application related to the separation of fields are discussed in this year. 1. To investigate the possibility of controlling the motion of a single atomic layer mechanical oscillator and its combination with light emission. For practical applications, low temperature (4K) environment is required for optical resonator construction, mechanical resonator, photon source, light emission, mechanical vibration, etc. In static environment, the resonance state is determined by the optical resonator structure and the light intensity is increased. Theoretical description of the phenomenon of light emission, quantum equation of Weishi app, Maxwell equation of Weishi app, optical resonator existence conditions, and calculation of optical response. In addition, the calculation of the optical pressure of the mechanical vibrator in the optical system and the reflection force of the mechanical vibrator in the single atomic layer have been carried out. 2. The realization of mechanical vibration and mechanical vibration: single photon source, lower layer of hBN, electrostatic vibration and structure. This is due to the expected interlayer interaction, which is caused by mechanical resonance, splitting and inter-layer movement. The phenomenon of weak coupling between two mechanical resonators is detected. The heat transfer between the two layers is important. The interaction between layers is affected by the conduction of the layers, and the interlayer thermal conductivity of the h-BN and the layer is measured from the corner of the layer to the corner of the layer.

项目成果

二次元材料の積層デバイスにおける層間熱輸送

二维材料层压器件中的层间热传输

• 发表时间: 2022
• 作者: 掛谷昂平;竹井邦晴;秋田成司;有江隆之
• 通讯作者: 有江隆之

グラフェン/h-BN機械共振器の特異な共振特性

石墨烯/h-BN机械谐振器独特的谐振特性

• 发表时间: 2022
• 作者: 八十島和輝;大石竜;竹井邦晴;有江隆之;秋田成司
• 通讯作者: 秋田成司

「Phonon Engineering of Graphene by Structural Modifications」in Quantum Hybrid Electronics and Materials

量子混合电子与材料中的“通过结构修饰对石墨烯进行声子工程”

• 发表时间: 2022
• 作者: 八十島和輝;大石竜;竹井邦晴;有江隆之;秋田成司;Yusuke Adachi，Takayuki Arie，Kuniharu Takei，Seiji Akita;Takayuki Arie and Seiji Akita
• 通讯作者: Takayuki Arie and Seiji Akita

Unusual resonance property of graphene/h-BN stacked mechanical resonators

石墨烯/h-BN堆叠机械谐振器的异常谐振特性

• DOI: 10.35848/1347-4065/acbc83
• 发表时间: 2023
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: K. Yasoshima;R. Oishi;T. Arie;S. Akita
• 通讯作者: S. Akita

薄膜の発光が誘起するオプトメカニカル振動と光ばね効果

薄膜中光发射引起的光机械振动和光学弹簧效应

• 发表时间: 2022
• 作者: 荒張秀樹;小西創太;秋田成司;石原一
• 通讯作者: 石原一