【ナノテク】筑波大、1000兆分の1秒ごとに電子スピンを測定できる技術を開発

1 ：野良ハムスター ★＠＼(^o^)／：2014/07/02(水) 00:13:03.50 ID:???.net

筑波大学の重川秀実教授らによる研究グループは、走査トンネル顕微鏡とレーザーを組み合わせることで、
電子のスピンを1000兆分の1秒ごとに測定できる技術を開発した。

電子は、電荷（プラスとマイナス）とは別にスピンと呼ばれる自転による性質を持っている。
半導体素子をより小さくするためには、これら両方の性質を利用することが有効であると考えられており、
その実現のためには、ナノメートルの領域で電子のスピン高速運動を調べるための方法が必要不可欠である。

今回の研究では、一つ一つの原子を観察できる走査顕微鏡と、1000兆秒の現象を捉えられるレーザーを
組み合わせることで、量子井戸の中で向きを揃えた電子が乱れていく様子を測定することに世界ではじめて成功した。

本研究成果によって、スピントロニクスなど、様々な分野での科学技術発展に貢献できると期待されている。

なお、この内容は6月29日に「Nature Nanotechnology」オンライン速報版に掲載された。
http://www.zaikei.co.jp/article/20140701/202040.html

量子井戸中、光照射により配向した電子スピンの向きが乱れていく（緩和していく）様子の模式図
http://www.zaikei.co.jp/files/general/2014070122574729.jpg

今回の研究で開発された顕微鏡
http://www.tsukuba.ac.jp/wp-content/uploads/140630-3.jpg

1000兆分の１秒の電子スピンの運動をとらえる顕微鏡を世界に先駆けて開発（筑波大学プレスリリース）
http://www.tsukuba.ac.jp/wp-content/uploads/92a9444fccb085f99705b353bb27a6cd1.pdf

論文 "Probing ultrafast spin dynamics with optical pump-probe scanning tunnelling microscopy"
Nature Nanotechnology (2014) doi:10.1038/nnano.2014.125
http://www.nature.com/nnano/journal/vaop/ncurrent/full/nnano.2014.125.html

2 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/07/02(水) 00:19:54.73 ID:GHc5T+CD.net

筑波大学なんて聞いたこと無いな
どこのＦランだろなあ

3 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/07/02(水) 00:34:59.65 ID:Hyni+apB.net

まず1000兆分の1秒を計れること自体が驚きだわ

4 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/07/02(水) 00:50:31.06 ID:wrkt6wbc.net

科学記事で兆とかやめろよ
１０のマイナス何乗でいいじゃん

5 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/07/02(水) 01:04:20.70 ID:eD5rRA5a.net

何の役に立つんだぜ？

6 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/07/02(水) 01:13:27.36 ID:+o74uXwD.net

大人のおもちゃに新たな振動の追加ができる

7 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/07/02(水) 01:18:24.65 ID:KAe02zg1.net

千円で買ったデジタル時計が一日一秒ずれるんですが

ふざけんなし

8 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/07/02(水) 01:19:58.67 ID:rc23Py0z.net

計ったらそれで状態が変わってしまうんじゃなかったの？
もしもそうなら、続けて計っても、計っていないときの
本当の姿は分からないのじゃないの？　量子って観られて
いると行動が変わるでしょ。

9 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/07/02(水) 01:20:59.52 ID:KAnj8q0Z.net

これのどこが1000兆分の１秒の現象をとらえてんだ
pdf読んだけどせいぜいピコ秒のオーダー（1兆分の１）じゃねえか
いい加減こういうはったり広報はやめようよ
小保方のことをあれこれ言えないぞ

10 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/07/02(水) 01:22:15.17 ID:KoUQGwTR.net

1000兆はペタ
1/1000兆はフェムト

11 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/07/02(水) 01:59:02.42 ID:HmQmmWio.net

>>7 一日一秒のズレならたいしたもんだ。うちのは20秒はズレる
アナログでないから修正が面倒だ

12 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/07/02(水) 02:26:04.39 ID:osLH0Emp.net

あとはコンバトラー本体だな

13 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/07/02(水) 03:53:03.10 ID:tS3dB63s.net

>>12
ヨーヨーができてないだろ？

14 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/07/02(水) 04:17:43.44 ID:oStBmA/C.net

>>9
たしかにフェムト秒じゃなくてピコ秒みたいだな
プレスリリースのどこを見てもサブピコ秒の現象すら出てこない

15 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/07/02(水) 04:45:53.23 ID:zX5gyPoL.net

これって観測問題ってのには引っ掛からないのか？

16 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/07/02(水) 06:43:15.66 ID:Zm5Hq2Ea.net

>>15 紛らわしいタイトル。
電子スピンを見たわけでなく 走査顕微鏡がとらえる微小電流の変化から
スピンだと想像しているだけ。プレリリースにある。

17 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/07/02(水) 07:58:09.07 ID:VC1uBIpd.net

>8
まず、何度でも同じ初期状態を作れることが前提。
で、状態を作り時間差をおいて状態を
調べる、という過程を時間差を変えて何度も繰り返す。

そうすれば、作られた状態が時間とともにどのように変化したのか
追いかけたのと等価な結果が得られる。こういう測定方法は、
毎回異なる状態しか作れないような現象には当然使えない。
>9
パルス幅は1fsecくらいで、ポンプパルス、プローブパルスの
時間差は光路差で作っているらしい。0.3ミクロンの精度で
光路差を制御すれば1fsec刻みに相当する測定も可能？
ttp://dora.bk.tsukuba.ac.jp/ja/projects-ultrafast.html

もっと大きな刻みでしかやっていない間は
1000兆分の1と書くのは我慢した方がいいだろうな。

18 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/07/02(水) 08:34:33.42 ID:4ouA0HLV.net

>>7
百円で買った腕時計は一週間で１分は遅れるな。
せめて進んで欲しかった。

19 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/07/02(水) 08:56:50.12 ID:GJAxwNMZ.net

>>16
電流の変化を観測したら
間接的にでも系に干渉することになって
やっぱり状態が変化してしまいそう

20 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/07/02(水) 09:14:38.06 ID:Ay7vkS6q.net

>>7
電波時計初期に買った奴は、一時間ズレたぞorz
目覚ましに使ってたんだ…一時間遅れてたんだ…

あの電波って時間の情報含んでて、買った時計が
誤解釈したんだろうか？

でも一度だけなんだよな…。

21 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/07/02(水) 09:16:11.85 ID:gyqGKXmV.net

１秒で1000兆のデータとかどーすんだよ

22 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/07/02(水) 09:20:38.96 ID:LaDaL6vW.net

1000THzのCPUやメモリが可能ってこと？

23 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/07/02(水) 11:06:53.61 ID:DK9MK0oH.net

いまの物理は同じ原子は崩壊するまで同じ性質だっていう理論なんかなあ？

じつは電子スピンの変化数と崩壊に関連性があるとかわかったらイグノーベル間違いなし

24 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/07/02(水) 13:21:44.39 ID:lbpgTjQA.net

なお周辺装置がその早さについてこれない模様、、、

25 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/07/02(水) 13:52:37.42 ID:QJJ2Tg5k.net

見たか電磁の必殺の技 怒りをこめて嵐を呼ぶぜ！
超電磁ヨーヨー、超電磁竜巻、超電磁◯◯◯！

26 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/07/02(水) 15:13:47.89 ID:5hbN3+dP.net

>>20
電波時計が1回の受信で10時間以上ずれたことが数回ある

27 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/07/02(水) 15:46:03.47 ID:frgWPDsR.net

＞＞１、筑波にもオボボとか森はげとか・・・調査したほうがｗ

28 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/07/02(水) 17:06:14.73 ID:pH/pU/jc.net

【物理】 量子コンピュータの実現に一歩前進、核スピンの制御技術を開発/東工大
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1378293131/
【工学】ナノスケールのスピン渦を利用したマイクロ波整流効果を発見/東大など
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1378805306/

29 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/07/02(水) 17:22:53.58 ID:BnEb3zYL.net

超電磁スピン

30 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/07/02(水) 18:11:36.38 ID:LmqSWNoN.net

千兆分の１秒って光がどのぐらい進む距離なんだ

31 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/07/02(水) 21:02:34.28 ID:eomSRxpW.net

>>30
光速が約 3 × 10^8　[m/s]
千兆分の1秒が10^(-15)　[s]
掛けて約 3 × 10^(-7)　[m] = 千万分の3メートル = 0.0000003 [m] = 0.3 [μm]

32 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/07/03(木) 00:05:12.96 ID:7tD3Hz3b.net

光でもそれしか進めないのか

33 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/07/03(木) 02:05:24.68 ID:z4Bv2i35.net

そんな時間単位の測定値ってなにに使うんだよ。

34 ：１５４＠＼(^o^)／：2014/07/03(木) 08:54:39.66 ID:NUE0GShd.net

電子は２回スピンして元の位置に戻るんだっけ？

35 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/07/03(木) 10:28:18.30 ID:hJhF/IUH.net

浅田真央に取り付けましょう！

36 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/07/03(木) 14:06:08.81 ID:t4WnJvYT.net

+1とかいっているくせに0の状態も-1の状態も取りうるスピンの野郎は絶対信用できん
あいつら絶対プランク時間の間にタバコでも吸いながら
「さ〜てこいつにはどの状態を見せてやろうかなぁ〜」とかいいながら
こっち見てニヤニヤしているにちがいない
ムカツク

37 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/07/03(木) 15:49:41.43 ID:2BO12kvW.net

電子のスピンて本当に電子がくるくる自転してるの？
コマみたいに？

38 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/07/04(金) 04:14:08.28 ID:TccvyCTc.net

>>37
素朴に回転だと考えるのはやめた方がよい。
色々な性質が回転と似ている何か、くらいに思っておくのが無難

電子の大きさ（質量分布）を調べる実験をやったら測定限界まで
調べても点だという実験結果が得られる。
古典力学の発想だと、点だとしたら角運動量として有限の値は
持てなくて常にゼロだ、と考えられる。

ところが、電子の角運動量を調べる実験をやったら、ゼロではない値の
角運動量に対応する実験結果が得られる。

角速度の無限大極限、大きさ無限小への漸近極限を考えれば有限の
角運動量を導くこともできなくはないが、極限操作を毎回たどるのは
不便だし、古典的回転のイメージでは量子化も説明できない。

39 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/07/04(金) 13:20:50.19 ID:5UJ7yyta.net

電子が導体の中を流れてる　＝　電流
だとして、その電子を一個ずつ観察すると右スピンのやら左スピンのが混ざってる
んだろうか。　そうだとしてその比率は別に決まってない？　さらにその電子間で
相互作用が働いてスピンの向きが揃ったりしてるんですかね。

40 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/07/04(金) 20:01:21.35 ID:6FvWdcM7.net

>>38
電子の大きさっていうよりも電子雲の大きさが有限の角運動量を与えてるんじゃないの？
電子雲が全体として回転してるから磁気モーメントをもつんだと理解してるけど

41 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/07/05(土) 10:08:05.96 ID:3+GNMmLg.net

>>39
電子のスピンが揃うと強磁性体になる謎はあまりわかってない
スピンが何故揃うのかも要因が色々あって難しい問題

42 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/07/05(土) 11:08:32.52 ID:NE3VYMIW.net

>>41
�dｸｽ

43 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/07/06(日) 00:20:39.29 ID:QTCGvdlp.net

凄い技術

44 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/07/06(日) 01:16:19.15 ID:ozIC/Bs7.net

>40は軌道角運動量とスピンを混同しているのではないか。
スピンは電子の運動とは独立した電子内部の自由度だよ。
>41
その表現は大げさすぎる。解き明かされていない磁性体も
残ってはいるが、わかっていることもかなりある。

45 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/07/06(日) 17:24:00.09 ID:HhRSzQG/.net

電子にある大きさとある種の内部構造(質量と電荷の不均一分布)があると1/2のスピンが出来ることになるわけだけどもこの場合の大きさっていうのは電子軌道上の雲じゃなく電子そのものの雲
電子の角運動量はこの二つの角運動量（軌道＋スピン）の和であらわせる
スピンの起源である後者の雲でなぜ質点と電荷が分離されて存在していることになるのかは何もわかっていない

46 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/07/06(日) 19:30:10.16 ID:ozIC/Bs7.net

>45
質量分布と同じく電荷分布も測定限界まで見ても広がりはなく点だよ。
両者の分布は別に分離していない。

広がりのない電荷と有限の磁気モーメントは矛盾するように思えるが、
実験したらそうなんだから仕方がない。

おそらく、ありのままの自然と比べて人間の素朴なイメージの方が
”偏り”があり”おかしい”

47 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/07/07(月) 14:19:55.38 ID:K8pwqMqq.net

NMRとは違うのか？

48 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/07/09(水) 05:07:33.15 ID:TeiHSjcE.net

スピンは数学的な辻褄合わせの為に用いた概念だよ
陽子や中性子など大きさのある粒子は本当に回転していて角運動量を持つが
電子などの大きさのない質点は本来の意味の角運動量を持たないはず
もし持つなら回転速度が光速を越えてしまうのだ
だから、私達がイメージするような回転をしてるわけではないといえる

>>おそらく、ありのままの自然と比べて人間の素朴なイメージの方が
”偏り”があり”おかしい”

こういう事だろう。電子のスピンのイメージを掴むことは非常に難しく
また電子が何故角運動量を持つのか実はよくわかっていない

49 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/07/09(水) 13:24:16.71 ID:bNArMmKG.net

素粒子の存在するミクロ宇宙はデジタルな時空が
絡み合っているとしか思えない。
陽子はクォークの複合粒子だからアナログ回転を
してるように見えるんじゃないの？

50 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/07/09(水) 20:57:21.66 ID:CbsMfLQi.net

スピンスピンって言うけれど、本当に回ってるの？
電子って見えないよね？

51 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/07/10(木) 04:19:16.07 ID:DdgvY5/W.net

>>48
スピンに関しては陽子や中性子も電子とあまり変わらないよ。

陽子は確かに電荷の広がりを見積もることが可能だが、
その回転を直接陽子のスピンに結びつけることはやっぱりできないんだよ。

古典的な自転のイメージの延長なら、軌道角運動量と同様にたくさんの
高い固有状態を持つことができるはずだ。しかし陽子も電子と同じで
スピン自由度に関してたった二つの固有状態しか持つことができない。

回転で理解しようとすると、これがなぜなのか説明することができない。

52 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/07/10(木) 05:49:33.47 ID:QXvizDAX.net

＞二つの固有状態しか持つことができない
表現としてよく使われてるけどちょっと微妙だと思うんだよね

二つの固有状態しか観測できない
が適当

核子のスピン＝クオーク＆グルーオンのスピン＋軌道角運動量
で表されるわけだけどもこれは軌道角運動量つまりいわゆる自転がスピンに寄与することを意味する
クオーク＆グルーオンのスピンの起源はまた厄介な問題だけどさらに下位の構造があることを示唆している

53 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/07/10(木) 09:52:18.64 ID:NpUn5KVC.net

>>17
さてはフェムト秒レーザーを扱った（もしくは近い分野にいた）人だな？
実に的確で要領を得た説明をありがとうございます。

54 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/07/10(木) 09:55:28.34 ID:NpUn5KVC.net

>>32
しかもパルス圧縮しているから
当たった瞬間におけるエネルギー密度は原発クラスなんだぜ？

55 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/07/10(木) 10:04:20.88 ID:NpUn5KVC.net

>>33
まさに記事にあるとおり、電子スピンの変化が測定できる。
また、我々が普段目にしている
A + B → C
みたいな化学反応も、実は無茶苦茶短時間ではあるが
A + B → X → C
というような、多種多様な中間状態 X を経由している。

反応の開始がレーザー光の吸収に起因するケースでは、
その励起用のレーザーから僅かな時間差（その時間差は
あなたがいうような信じられないほどの短時間差）
をもって観測用のレーザーを当てて吸収スペクトルを見ることで
中間状態の構造が予測できる。

これらの知見は反応の効率化に繋げることが、たとえば期待される。

56 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/07/10(木) 10:11:42.03 ID:Aa/xj02d.net

兆を使っていいのはゼットンだけ

57 ：名無しのひみつ＠＼(^o^)／：2014/07/15(火) 01:38:59.52 ID:7DlVAeLn.net

【技術】世界初、室温でNMR信号を１万倍以上に増大、MRIの高感度化に期待
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1400066363/