山田研究室

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原子1個を、未来の量子ビットに。

山田研究室は、走査トンネル顕微鏡で原子や分子を見ながら、量子ビットの材料を開発しています。
走査トンネル顕微鏡は、鋭い針で物の表面をなぞり、原子1個を見分けられる顕微鏡です。
この顕微鏡を自分たちで開発し、原子の磁石を有機分子でつなぎとめた量子磁石をつくります。
装置は超高真空と極低温に保ち、宇宙に近い環境で1個の原子や分子を観察しています。

Research研究课题

固体の表面で、1個の原子磁石を有機分子で架橋した「有機量子ビット」の開発に挑戦しています。量子スピンを「創る・見る・使う」を目標に、走査トンネル顕微鏡を自分たちで開発しながら研究を進めています。

※示意图

量子スピンを「創る」↗

基板の表面で原子と分子を組み合わせ、思いどおりの形をもつ二次元の膜をつくります。有機分子と磁性原子を真空中で合成することで、デザインを変えられて量産もできる量子磁石を目指しています。

※示意图

量子スピンを「守る・操る」↗

量子ビットが金属に直接ふれると壊れてしまうことが分かり、酸化物や有機分子膜、グラフェンなどの保護膜を開発してきました。光を当てたり軽い分子を吸着させたりして、量子スピンを操る研究も進めています。

※示意图

量子スピンを「見る」↗

磁石のN極・S極の向きは目には見えません。2003年から開発してきたスピン偏極走査トンネル顕微鏡で、原子や分子の小さな量子スピンを直接観察しています。

※示意图

量子スピンを「使う」↗

量子スピンを量子ビットとして働かせるため、超高真空・極低温のスピン偏極走査トンネル顕微鏡に磁気共鳴の技術を組み合わせています。ナノ秒のパルスによる量子スピン状態の制御にも取り組んでいます。

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