西川哲理 化学研究所助教、森岡直也 同准教授、水落憲和 同教授、大島武 量子科学技術研究開発機構センター長（兼：東北大学特任教授）、土田秀一 電力中央研究所研究参事らの共同研究グループは、4H型炭化ケイ素（SiC）結晶中の原子の抜け穴に存在する一つの電子スピンの情報を、光照射により発生する光電流の計測（PDMR法）によって、室温下で電気的に読み出すことに成功しました。
私たちの生活をより快适?安全?安心にするための様々な次世代技术、例えば、半导体微细化技术の限界や电力消费の増大から従来のスーパーコンピュータに代わるコンピュータ、情报セキュリティー强化から盗聴不可能な暗号通信技术が、生命科学や新材料の探求から高精度?高感度なセンシング技术が要求されています。これらの技术を実现する量子デバイスの开発に向け、厂颈颁结晶中のシリコン原子の抜け穴であるシリコン空孔が持つ电子スピンは、室温で状态の初期化?操作?読み出しが可能であることから注目を集めています。また、厂颈颁は半导体材料としても优れているため、半导体集积回路と亲和性の高い电気的なスピン読み出し技术を用いることで量子デバイスの小型化?集积化が期待されています。しかし、既存のシリコン空孔の电気的スピン読み出し技术は効率が低く、量子情报応用や高空间分解能な量子センサへの応用に不可欠な単一スピンの検出が困难でした。
本研究では电流検出素子の构造と动作条件を工夫してほぼ理想的な电荷検出効率を実现し、且つリーク电流を抑制することにより、単一シリコン空孔からの微弱なスピン信号の高効率な検出に成功しました。また、电流生成のための光照射パターンの制御により、光电流検出が既存の蛍光による検出（翱顿惭搁法）よりも优れた信号対雑音比を持つことを実証しました。これにより、室温动作が可能な集积厂颈颁量子デバイスの実现が期待されます。
本研究成果は、2025年4月15日に、国際学術誌「Nature Communications」にオンライン掲載されました。
「欠陥スピン技术は光の研究で大きく発展してきましたが、今回半导体の电気的性质を駆使することで、电気的な検出手法の持つ高いポテンシャルを実験结果として示すことができました。これをスタート地点として、更なる高感度化とデバイス応用を目指します。」（森冈直也）
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【书誌情报】
Tetsuri Nishikawa, Naoya Morioka, Hiroshi Abe, Koichi Murata, Kazuki Okajima, Takeshi Ohshima, Hidekazu Tsuchida, Norikazu Mizuochi (2025). Coherent photoelectrical readout of single spins in silicon carbide at room temperature. Nature Communications, 16, 3405.
