橋本克之助教らの研究成果が東北大学からプレスリリースされました。

 

分子一個の電子の磁気信号を検出する技術を開発
-分子スピンを利用した量子コンピューターキュービット構築に期待-

発表のポイント

  • 直径3ナノメーター(ナノは10億分の1)程度の分子一個の磁石を用いて従来の電子スピン共鳴と同等の精度の共鳴スペクトルを得ることに成功
  • 量子コンピューター応用に資する十分なエネルギー分解能をもったスピン検出がナノスケールで可能なことを実証
  • 複数スピンを用いた分子スピンの量子ビット(キュービット)実用化に期待

概要

量子コンピューターの物理的単位を担う量子ビット(キュービット)の開発競争が高まる中、すでに2000年に分子スピンが量子情報処理のデモンストレーションに用いられ、そのキュービットとしての優位性が証明されています。これは分子の優れた特性と電子スピン共鳴(ESR)・核磁気共鳴(NMR)電子機器の精度の高さに基づくものです。しかし、ESR/NMR検出感度が非常に小いため信号検出に10億個の分子のスピン集団が必要とされ、小さな領域に複数のキュービットを実装する次世代の量子コンピューター構築のための問題となっていました。

東北大学多元物質科学研究所の川口諒特任研究員と米田忠弘教授、同大学大学院理学研究科の橋本克之助教と山下正廣名誉教授、八戸工業高等専門学校の角館俊行助教、城西大学大学院理学研究科の加藤恵一准教授による共同研究グループは、分子一個で磁石の性質を示す単分子磁石である、テルビウム・フタロシアニン錯体(TbPc2)分子を磁場中のトンネル接合に配置し、ラジオ波(RF)を入射することで、直径3 ナノメーター(nm)程度の分子一個から従来の化学分析に用いられるESRと同等の精度でESR信号を検出することに成功しました。これは、分子一個のスピンキュービットを小さなデバイスに複数実装した量子コンピューターへの道を開くものであります。

本研究成果は、2022年12月31日付けで、米国化学会が発行するナノサイエンスとナノテクノロジーの専門誌『Nano Letters』にオンライン掲載されました。

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図1 走査トンネル顕微鏡を用いた単一分子ESR測定 fig1
図2 単一分子ESR周波数のゼーマンシフトによる磁場依存性

論文情報
雑誌名:「Nano Letters」
論文タイトル:Spatially Resolving Electron Spin Resonance of π -Radical in Single-molecule Magnet
著者: Ryo Kawaguchi, Katsushi Hashimoto, Toshiyuki Kakudate, Keiichi Katoh, Masahiro Yamashita, and Tadahiro Komeda
DOI番号:10.1021/acs.nanolett.2c04049

リンク
プレスリリース (東北大学Webサイト)

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