2018年12月17日(月)

プレスリリース

東大と理研と産総研、電子波の位相変化は人工原子の内部構造を反映することを実証

2017/11/22 19:00
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発表日:2017年11月22日

電子波の位相変化は人工原子の内部構造を反映することを

世界で初めて実証

-20年来の電子の散乱位相に関する問題に決着-

1.発表者:樽茶 清悟(東京大学大学院工学系研究科 物理工学専攻 教授/理化学研究所 創発物性科学研究センター量子情報エレクトロニクス部門 部門長)

     山本 倫久(東京大学大学院工学系研究科附属 量子相エレクトロニクス研究センター 特任准教授/

          理化学研究所 創発物性科学研究センター量子電子デバイス研究ユニットユニットリーダー)

     高田真太郎(産業技術総合研究所 物理計測標準研究部門 量子電気標準 研究グループ 研究員)

2.発表のポイント:

◆多くの電子を含む人工原子(注1)によって散乱された電子波(注2)の位相のずれが人工原子内部の電子軌道の形に依存した振る舞いを示すことを実証しました。

◆独自に開発・改良した二経路干渉計(注3)を用いて精密かつ信頼性の高い位相測定を行うことによって検証実験を実現しました。

◆高精度な位相測定による新たな物理現象の解明および電子波の位相制御を用いた量子ビットなどの量子情報デバイスなどへの応用が期待されます。

3.発表概要:

電子波が原子によって散乱される際に生じる位相のずれは、物理学の最も基本的な問題のひとつです。位相のずれに原子内の電子軌道の形が反映されることが理論的に指摘された一方、

1997年に Natureに掲載された論文では、電子を10個以上内包する人工原子による散乱で生じる位相のずれが、電子数を1変化させる毎に元に戻るという、軌道に依存しない普遍的な振る舞いが報告されました。その起源を巡って多くの研究が行われましたが、未解決のまま現在に至っていました。

東京大学大学院工学系研究科の樽茶教授(理化学研究所創発物性科学研究センター量子情報エレクトロニクス部門部門長)、山本特任准教授(理化学研究所創発物性科学研究センター量子電子デバイス研究ユニットユニットリーダー)と産業技術総合研究所物理計測標準研究部門の高田研究員らは仏ネール研究所のボイヤレ博士らと共同で、電子波の位相のずれを精密かつ信頼性高く測定できる独自の二経路干渉計を用いて、多電子の人工原子でも位相のずれが軌道の形を反映することを世界で初めて明らかにしました。その研究結果は、2017年6月7日にPhysical Review Bに掲載されました。

https://journals.aps.org/prb/abstract/10.1103/PhysRevB.95.241301)。

本研究では更にデータを追加して、現実的な実験系で正しい測定を行えば普遍的な位相変化は観測され得ないことを示し、20年来の電子の散乱位相の問題に決着をつけました。開発した位相測定技術は、人工原子の内部構造を探る方法として有用であり、散乱問題が関わる様々な物理現象の解明や、電子波の位相を情報のリソースとする量子情報デバイスにも利用できます。

なお、本研究成果は、2017年11月22日(英国時間)に英国科学雑誌 Nature Communications (Nature Publishing Group)に掲載されます。

※リリース詳細は添付の関連資料を参照

リリース本文中の「関連資料」は、こちらのURLからご覧ください。

リリース詳細

http://release.nikkei.co.jp/attach_file/0463963_01.pdf

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