世界初、通信波長の光に共鳴する電子とギガヘルツ超音波のハイブリッド状態を実現 ～超音波を用いた省エネ量子光メモリ素子の実現に期待～

（２）レーザー光の周波数を高精度に安定化
　このような狭い共鳴線幅の光吸収を評価するためには、実験に使用するレーザー光の周波数を高精度に安定化する必要があります。NTTと日本大学は、光周波数コム（※6）を利用したレーザー光の周波数安定化機構を共同開発することにより、従来に比べて３桁ほど周波数精度の高い実験を可能としました。

5．今後の展開
　今回の実験では振動歪が結晶表面付近に集中する表面弾性波を用いていますが、歪の大きさが表面からの深さ位置に依存するため、ハイブリッドの程度が位置によって異なります。今後、NTTと日本大学は、最表面のみにErを添加した材料の利用や、最表面のErだけ選択的に光アクセスできるような構造を導入することにより、ハイブリッド状態の均一性向上に取り組みます。ハイブリッド状態の均一性と制御性を高めることにより、通信波長帯で動作する省エネ量子光メモリ素子の実現と長距離量子通信への応用をめざします。

＜用語解説＞
※１．内殻電子
　原子核の周りの電子は通常原子核に近い内殻軌道から埋まり、光吸収には外殻の電子が寄与します。これに対して、希土類元素では一部外殻軌道から電子が埋まるため、光吸収に寄与する電子は内殻軌道の電子となります。この内殻電子は外殻電子の静電遮蔽効果を受けるため、外場の影響を受けにくく、そのため安定した電子状態となります。

※２．ハイブリッド状態
　電子の共鳴周波数が電磁場や歪場などの外場によって強く変調されると、外場を纏ったドレスト電子状態と呼ばれるハイブリッド状態が生まれます。このようなハイブリッド状態を利用することにより、超音波を用いた電子の光応答制御が可能となります。ハイブリッド状態を生むためには電子の光共鳴線幅よりも高い変調周波数が必要になります。

※３．表面弾性波
　物体の表面付近に集中して伝搬する超音波を表面弾性波と呼びます。表面弾性波素子を用いることで最高で10 GHz程度の周波数の振動歪を結晶に与えることができます。

※４．Er添加結晶
　Erのコヒーレンス時間はErを添加する結晶によって大きく異なります。本研究の素子では量子光学の分野で広く用いられているイットリウムシリケイト（Y2SiO5）を母結晶としています。

※５．圧電薄膜
　表面弾性波を電気的に励振するには電圧を応力や歪へ変換する圧電層が必要になります。Y2SiO5は非圧電材料であるため、高い圧電特性をもつAlNをY2SiO5の上に成膜しています。

※６．光周波数コム
　周波数上で櫛のように多数の等間隔なピークを持ったレーザー光を光周波数コムと呼びます。ピークの周波数間隔が非常に高い精度で等しいため、周波数の物差しとして様々な機器の周波数安定化に用いられています。　　https://group.ntt/jp/newsrelease/2023/07/21/230721a.html