複数のシリコン量子ドットから発生する微小電流を世界最高精度で比較・制御する技術を開発 ～ 量子力学におけるオームの法則 “量子メトロロジートライアングル” の検証に向けて技術課題をクリア ～

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　これらの結果は、異なる二つの独立したシリコン量子ドットによって発生した微小な電流が同等な値をとることを確認した初めての実験結果であり、今後、微小電流計測の精確性を担保する電流標準の実現に貢献する結果です。




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5. 今後の予定
　今後は、今回確立した相互比較と並列化による電流の逓倍の技術を用いて、より多くの素子での並列駆動を行います。これによって、長年実現することが難しかった微小電流標準の確率を目指します。さらに、複数の単一電子素子を用いたこの技術により、量子電流標準と量子ホール抵抗標準、および、ジョセフソン電圧標準の三つをオームの法則を介して組み合わせることで、量子メトロロジートライアングルの検証を行います。この検証により、ミクロな世界を記述する基礎物理定数に矛盾がないことを示すなど、基礎物理学の進歩に貢献するとともに、さまざまな精密計測技術への応用が期待されます。

論文情報
掲載誌：Nano Letters
論文タイトル：Universality and multiplication of GHz-operated silicon pumps with ppm-level uncertainty
著者：Shuji Nakamura, Daiki Matsumaru, Gento Yamahata, Takehiko Oe, Dong-Hun Chae, Yuma Okazaki, Shintaro Takada, Michitaka Maruyama, Akira Fujiwara, and Nobu-Hisa Kaneko
DOI：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c02858
　

【用語解説】
単一電子素子
電子を一粒ずつ閉じ込め、静電的に制御するための素子。

シリコン量子ドット
シリコンによって作られた単一電子素子の一種。

量子ホール抵抗標準
量子ホール効果によって実現された抵抗の基準、標準

量子ホール効果
二次元的に広がる電子に磁場を印加すると、電流に垂直方向に発生するホール電圧が磁場に対してステップ状に変化する現象。

ジョセフソン電圧標準
ジョセフソン効果によって実現された電圧の基準、標準

ジョセフソン効果
二つの超伝導体を薄い金属もしくは絶縁体でつなぐと、超伝導の間の金属もしくは絶縁体に抵抗のない電流が流れる現象。ここに交流電流を印加すると、超伝導体間に発生する電圧が量子化する。

相対不確かさ
不確かさを測定量の絶対値で割った値。

量子メトロロジートライアングル
オームの法則を介して、量子力学的な現象によって実現された「電流・抵抗・電圧」の三つの標準の整合性を確かめる研究。