2017 年第 3 四半期号

応用物理学会 秋季学術講演会展示会場にて、UHFLI、MFLI ロックインアンプの実機を展示致します。九州地区で実機をみていただく数少ない機会ですので、是非ご来場ください。

応用物理学会 秋季学術講演会

2017年9月5日(火) 〜 8日(金)
福岡国際会議場 国際センター 1F
 

論説

2017年、第三四半期ニュースレターへようこそ!

複数の信号発生と分析機器をシームレスに結びつけることができるタイプの、スケーラブルな測定ソリューションへの市場需要が高まっています。この種の機能性は今月のインタビュー回答者、Philip Moll氏が、新しい材料の研究において重要と考えているものであり、また量子計算の将来に需要のあるものでもあります。このことを心に留め、当社ではロックインアンプと任意波形ジェネレータ用に最近マルチデバイス・シンクロナイゼーションをスイスCTI政府プロジェクトにおいて開発しました。この新しい機能性については下記の短い記事に書かれており、最新のLabOneリリースにより、いつものようにすべてのお客様に無料で入手していただけます。

当社では、当社初となるSPMユーザーミーティングをサポートいたしました。これはドイツ、マインツのAngelika Kuehnle教授のグループにより主催されたものです。二日間にわたるイベントで、Zurich Instrumentユーザーの間でシームレスな知識交換が実現しました。ユーザーは、講演、小規模グループでのチュートリアル、ポスターセッションを楽しみました。当社では、すでに来年にむけたフォローアップイベントを企画しています。私たちとご一緒しませんか?ご連絡いただくだけで結構です

アプリケーションの側面では、当社は時間分解SPMをするための新しい測定スキームに焦点を当てたいと思います。また、当社ではMFIAインピーダンスアナライザを紹介する新しいビデオを投稿しました。これは、1 mΩから1 TΩの測定範囲をカバーする、最も広範囲の測定範囲において0.05%の精度を市場で唯一提供するものです。

そして、ついに、学生用旅費補助金獲得者の発表を行います。補助金獲得者を確認し、彼らが何に対して情熱を抱いているかご覧ください。

チューリッヒから、お喜び申し上げます!

LabOneハイライト:マルチデバイス・シンクロナイゼーション

複数の同期化した信号入力および信号出力チャネルが必要なアプリケーションをお使いですか?お使いならば、いくつかの機器をスタッキングするだけでは十分でない場合が多いことを恐らくご存知かと思います。

完全同期化は、様々な基準クロック、信号出力を定められた時間に同期化する能力および記録された信号のタイム・スタンプとサンプリング・レートのアラインメント間の安定的で明確に定義された位相関係に支えられます。理想としては、単一のユーザ・インターフェースまたはAPIを使用して機器アセンブリ全体を調整する必要があります。

Zurich Instruments社は顧客に包括的なアプローチをご用意し、クラス最高の拡張性を備えた機器を提供することをお約束します。LabOne 17.06以降、Zurich Instruments社の複数の機器を同時にご使用のユーザは、LabOne1つでそれらを同期化して使用することが可能です。

  • クロックの同期化:内部のすべての機器クロックを1台のマスター・クロックにロックします。
  • タイム・スタンプの同期化:様々な機器による測定サンプリング・レートとタイム・スタンプのアラインメントを行い、さらなる処理がより便利に行えます。
  • UHFAWG出力エッジの同期化:シーケンスのいずれかの時点で信号生成エンジンのアラインメントを行い、定義された最大スキューを持つエッジを生成します。
  • UHFAWGシーケンサの同期化:分散的実行を伴う単一のシーケンサ・プログラムから、複数のAWG機器の出力を制御します。

マルチデバイス同期化には、ユーザ・インターフェース上とAPIを経由したLabOneツールセットも含まれます。以下のデータ取得とデータ解析のためのツールは、MDSに対応します。

  • スウィーパ:1台の機器上のパラメータを一掃して、単一のユーザ・インターフェースまたはAPI上の複数の機器からデータを取得します。
  • プロッタ:単一のプロッタ・ウィンドウで、複数の機器上で行われた測定の結果を解析します。
  • ソフトウェア・トリガ:いずれかの信号でトリガをオンにし、複数の機器からアライメント済みデータのショットを単一のソフトウェア・トリガ・ウィンドウに取得します。
  • 連続的なアライメント済みデータの記録:完全に同期化したLock-in、Boxcar、PID、Arithmetic Unit (AU)、およびScopeのデータをユーザ・インターフェースとAPIを経由させて、複数の同期化した機器から記録します。

新しいビデオ:高精度インピーダンスアナライザ

当者の最新ビデオで、アプリケーションマネジャーであるTim AshworthがZurich Instruments MFIAを紹介しています。これは当社が「コンフィデンスアドバイザー」と呼んでいるデータ検証を含む初めてのインピーダンスアナライザです。MFIAは、広範囲のインピーダンスレンジ(1 mΩから1 TΩ)および広範囲の周波レンジ(1 mHzから5 MHz)で正確な測定を行うことができます。また、フルロックインアンプの機能性、スコープ、スペクトラムアナライザおよびソフトウェアトリガーの機能も備えています。LabOneインストゥルメントコントロールソフトウェアのおかげで、お客様は素晴らしいインピーダンスデータを迅速に自信を持って得ることができます。

詳細をご覧ください。

2017年学生用旅費補助金

当社の2017年学生用旅費補助金募集に応募の書類を提出してくださった学生の皆さんに感謝を申し上げます。前年と同様、これは当社が世界のさまざまな研究グループによってなされた素晴らしい科学的研究について学ぶ素晴らしい機会となりました。

T2017年の補助金獲得者は:

補助金獲得者の皆さん、おめでとうございます。募集は、また2018年春に開始されます。

Avik Dutt

María-Isabel Pérez Camacho

Margus Metshein

Avikさん、María Isabelさん、Margusさん、あなたが仕事を進めるにあたってZurich Instrumentsの機器がどのようにあなたをサポートしたか、もう少し詳しく教えていただけますか?また、研究をしていて機器のどのようなところが気に入りましたか?

Avikさん:「Zurich Instruments MFLIを使用することによって狭い200 kHz線幅フィルタキャビティのレーザーの周波数(RIO Orion)をロックし、~2 MHz以上の周波数でのレーザーの過剰な位相ノイズを抑えることができました。このフィルタされたレーザーは量子ノイズ、特に、スクイーズドライト特性の測定に重要でした。レーザーのすべての過剰な古典的ノイズはスクイージングの度合いに有害な影響を持っているからです。

私が気に入ったのは、大きなバンド幅とアウトプットフィルタのロールオフです。これにより、さらに安定性のある頑強で、他のロックインアンプで得られたよりも長く継続するレーザーのロックがキャビティに提供されました。さらに、私が関心を持っていた周波数レンジに対してよりよいノイズ抑制をすることができました(キャリアの>2 MHz RFサイドバンド)。HF2LIは、バンド幅がより大きいことから、さらに良いものであることが期待されます。」

María Isabelさん:「私たちは、脂質膜における熱加工妨害の伝播について研究をしてきました。私たちの実験では、検知システムはターゲットの中で反射したレーザービーム、反射されたビームを感知する2セグメントフォトダイオード、およびこの信号を拡大するHF2LIで構成されています。このプロジェクトでは、実験の計測中、HF2LIロックインアンプは環境ノイズを避け、信号/ノイズ率を向上するのに役立ちました。器具に添付のソフトウェアはとても強力で使いやすいツールです。ほとんどプラグアンドプレイで、インターフェースも簡単、操作を覚えることもすぐにできます。」

Margusさん:「私は実験で、ボランティアの呼吸と心拍数をインピーダンスの変化を測定することでモニターするのに、Zurich Instruments HF2ISインピーダンス分光器を使用しました。これらのインピーダンスの変化は、呼吸によって引き起こされる血管内の血液の量や肺の中の空気量の変化によって起こります。HF2ISにより十分な高精度の興味深いデータに簡便にアクセスすることができました。

私は、この機器の変数選択の柔軟性、また異なるパラメータ設定の柔軟性を提供してくれる特性が気に入っています。しかし、それだけではなく、さらにその機器を参考機器として使えたり予備機器のアナログ信号やデジタル信号を集めるのに使える可能性も気に入っています。」

カンパニーニュース:量子計算測定器に関するスイス政府プロジェクト(CTI)が無事に完了しました

ETH Zurichでの実験設定

アプリケーションノート:超伝導体キュービットキャラクタリゼーション

アプリケーションノート:超伝導体キュービットのアクティブリセット

2年の歳月の後、当社はAndreas Wallraff教授(ETH Zurich)およびHans-Joachim Gelke教授(ZHAW School of Engineering Winterthur)と共に行った「量子コントロールおよび計測用超速機器」プロジェクトを無事に完了しました。

主なプロジェクト結果の一つはZurich Instruments UHF-AWGで、これは異なるテクノロジー(超伝導回路、半導体量子ドット、イオンなど)に基づく可能性のある量子ビットをコントロールし計測する機能を持つ機器です。以前には多くの異なる機器を合わせることによってのみ可能であった統合機能を実現し、UHF-AWGは量子計算事件のセットアップの複雑さを著しく低減し、計測とコントロールパフォーマンスを向上させました。

さらに、多くの量子ビットに対してシステムをスケールアップするという最も急を要するトピックの一つをサポートするという重要な貢献をしました。マルチデバイス・シンクロナイゼーションの開発により( 以前の記事を参照のこと)マルチコントロールと計測機器がリンクされ、単一のユーザーインターフェースからコントロールすることができるようになりました。

最も重要なのはプロジェクトが機器の機能性を現実世界で証明する場だったことです。いくつかの結果は下記の二つのアプリケーションノートに文書化されています:

超伝導体キュービットキャラクタリゼーションは、実際の計算が実施される前に、すべての量子実験に必要とされる基本計測およびコントロールパターンのいくつかに詳細を与えます。

超伝導体キュービットのアクティブリセットは、迅速なフィードバック能力、およびキュービット初期化のための単体の機器に計測と信号発生をまとめるアドバンテージを示しています。

Zurich Instrumentsは、このプロジェクトの遂行に関与したすべてのプロジェクトパートナー、チームメンバーおよびスイスの資金拠出団体に心から感謝申し上げます。当社はこの成功を大変喜ばしく思っており、量子計算における科学および工学の限界へ挑戦する情熱を共有してくださることに深い感謝の念を持っています。

これからの展望としては、当社は米国ベースのIARPAに資金提供を受けたプロジェクトにおいて最初の主要管理点を達成すべく参加する予定です。当社ではLeo DiCarlo氏、デルフト工科大学、TNO、オランダ応用科学研究機構、およびAndreas Wallraff氏とチームを組み、量子コントロールの限界にさらに挑戦していきます。17およびその後49キュービットのコントロールが対象で、お客様にはこのゴールを達成するための新しいハードウェアについてのニュースをご期待いただければと思います。今後にご注目ください。

お客様インタビュー:Philip Moll氏

Philip Moll氏は、ドイツドレスデンにあるマックスプランク固体化学物理学研究でPhysics of Microstructured Quantum Matter(MPRG)グループを率いています。

Philipさん、こんにちは。今現在Philipさんのグループが携わっている研究をお話いただけますか?

私のグループおよび私はメソスケールにおけるまれな電子特性に関心を持っています。新しく発見された材料から電気回路を構築することにより、私たちは発見後早期にその材料の基本的物性を厳密に検査して、チップ環境におけるそれらのパフォーマンスをテストすることができます。

マックスプランク固体化学物理研究所では、私のグループは研究を進めるにあたり必要となる、化学と固体物理学の両方における強力な専門技術の学際的環境を享受しています。焦点を当てている主な材料は非従来的な高温超電導体、強い相関金属、また位相的半金属です。私たちは強い磁場を使用してこれらの物質、主にフェルミ物理学の量子の振幅を研究し、超伝導体機器の臨界場を精査します。

あなたはドレスデンでは、いくつかのオプションのついたHF2LIとMFLIロックインの両方を使用していますね。それらはあなたの実験設定にどのように適合していますか?

典型的な計測には、ヘリウムクリオスタットや強い磁場での抵抗計測が含まれます。現在、最も強い磁場は16 Tですが、私たちは極小波長におけるDirac- and Weyl半金属の研究のため、新しい20 Tの磁場設定を構築中です。これらの計測のために、MFLIは私たちが日常的に使用する、小さな信号の高精度で低ノイズな計測に役に立つロックインアンプなのです。

典型的なデバイスは、サンプルに対して電流バイアスを適用しながら、パラレルに計測される複数の電気端子が特長です。私たちは高度な伝導性材料に焦点を当てているため、nVレベルの信号に最も注意を払います。また、複数の共に起動されるMFLIユニットを使用しパラレルに様々な端子を計測します。これらのプロジェクトにおいて、私たちは主にdc反応に注意を払い、低周波を使用します(<200 Hz)。HF2LIはより高周波での共振実験に使用されます。

それでは、当社のロックインのどういった特性が特に有益だと思いましたか?

私たちはHF2LIを選んだのは特にその安定したフェイズロックループのためで、それを知ったのは私がUCバークレーにいた時でした。私たちはそれを使って共振回路の素早い変化を追跡しますが、これは、FPGA-ベースPLLオプションを使って簡便に行うことができます。最終目標は、パルスフィールドマグネットの共振回路の周波数変化を追跡することです。これらの強力なマグネットは数ミリ秒のうちに最大100 Tを届けることができます。FPGAの迅速なロジック反応を通し、私たちはパルス継続時間における周波数変化を追跡する計画です。HF2LIは高周波アプリケーションにおいて機能していますが、私たちは低周波における低信号の正確な計測を最も必要としています。そこで私は、低周波における小さな信号レベルに同様の電気的デザインを拡張したMFLIが開発されたと聞き嬉しく思い、市場に出されてすぐに最初のユニットをいくつかオーダーしました。私は低ノイズ入力ステージおよびソフトウェアの柔軟性が気に入っており、ADCのより少ないビットの他のロックインアンプをよく使う者として、これらのユニットにデジタルノイズが一度も表れていないことを感謝しています。

しかし正直なところ、私がこれらのロックインを最も好きなところは、フロントパネルディスプレイがないところです。最初、私はオールソフトウェアソリューションへ向かうことに大変懐疑的でしたが、今は戻るつもりはありません。ロックインアンプの本当の危険は、それらが無意味な入力・出力をする箱になってしまうことです。信号が本当に検波に有効か判断をするための時間領域を確認する必要上、スコープの付いていないロックインは災難をもたらしかねません。しかし、研究室で遅い時間になり、あなたが徹夜の計測を開始するとして、あなたは本当にスコープを持ち込みたいでしょうか?そこで研究室では多くの学生がこのステップを飛ばします。MFLIでは、設定のためにブラウザを開かなければならず、またすぐにデジタルスコープで入力信号を見ることができるため、これを完全に除くことができます。このことによりアーティファクト計測の数を明確に減らすことができます。接触の非直線性や漏電といったサンプルの問題が迅速に発見されるからです。

あなたの研究分野は今後数年でどのように変化するでしょうか。当社が注意して見ておく必要がある新しい発展が何か有るでしょうか?

私は、シリコン技術用に開発されたマイクロおよびナノテクノロジーツールを活用して、新しい材料をさらに機器に統合したいと思います。強い電気的相関のある非従来型の金属について研究すべきことは多々あります。また大型乾燥希釈冷蔵庫の開発は、サブケルビン温度を必要とする材料は学術的な興味の対象に終わり商業的な応用はできないのだ、というパラダイムを変化させつつあります。量子情報テクノロジーの出現はこの開発を強力に推進し、数十年後には希釈冷蔵庫がGoogleやその他のコンピュータクラスタにおける標準ツールになるのを目撃することになるかもしれません。

これら今日のアプリケーションのほとんどが従来型の超電導体材料を使用している一方、これはまた重フェルミオン超電導体といった非従来型の材料に基づいた新しいアプリケーションについて考えさせてくれます。こうした材料から機器を実際に作ることおよびそのパフォーマンスをテストすることが興味深いテクノロジーへつながるかもしれません。応用量子材料における一般的発展の一つは、機器の複雑さがますます増していることです。電気的実験となると、接触端子の数が増えていることだといえます。市場では複数チャネルの平行計測のための興味深いソリューションがいくつかあり、私は将来MFLIの複数チャネルバージョンを見たいと思います。

あなたは米国へ行く前ここ、チューリッヒで研究キャリアをスタートし、それからヨーロッパへ帰ってきました。スイス、カリフォルニア、ドイツの科学環境でどのような違いがありましたか?また同様のステップを考えている人々にどのようなアドバイスがありますか?

科学コミュニティは世界的コネクションのため、人々が抱く関心はどちらかというと世界的に似通っていますが、アプローチや研究文化は今でも大変多様性があります。私は自分が通ってきたすべての場所を今までのところ十分に楽しみましたし、私は常に彼らの個々の強みから学ぼうと努めています。ETH Zurichでは、私はしっかり組み立てられた研究について多くを学びました。そこでは、文字通りすぐその場にいる世界的な専門家と協力したプロジェクトを構築していました。研究設備が利用できる点については卓越しており、私のある研究では電子顕微鏡センターSCOPE-Mでよく手入れされたマイクロ構造器具を十分に使うことができました。私は、世界的施設に投資して優秀な研究者たちを引き付ける戦略は、科学の中心地としてのスイスの主なアドバンテージの一つだと思います。

バークレーへ行ったことは大変興味深い変化で、私は米国のダイナミックリサーチアプローチ、という決まり文句が本当に米国の研究のあり方を示しているのだということを発見しました。教授陣、研究者、学生たちの間の活動や相互のやり取りが多く、キャンパスには活気があります。時間尺度はずっと短く、また潜在的な失敗を恐れずクレージーなアイディアにも挑戦する意思は、私が私のグループに持ち帰ったものです。

私が次に訪れたマックスプランクは180度異なるものでした。その時、私は初めて独立した研究者のポジションを得ました。もちろん私はどのようにグループを率いるか学ばなくてはならず、また私自身は一歩引いて他のメンバーに私が大変楽しんでいたこと、例えば実験のセットアップをする作業などをやらせることも学びました。幸運なことに、私はポスドクや学生からなる素晴らしいチームを組むことができました。研究所には素晴らしい同僚がいて、科学に集中するには素晴らしいところです。

最後なりますが、あなたは研究室の外ではどのように時間を過ごすのですか?

ああ、それはよい質問ですね。私は大学にいるようになるずっと前から、いつも何か新しくてクレージーなことに挑戦する好奇心を持っていました。ちょっと問題があるかもしれませんが、しかし私は研究室でアイディアについて考えているのが本当に好きです。それで、私の自由時間ですが、私はよりクレージーなアイディアを試すのが好きですし、そのほとんどはうまくいかないのですが、私はなにか新しいことに挑戦するのを本当に楽しんでいます。もちろん、中にはうまくいくこともあります。それで、私は自由時間のほとんどを研究室で過ごします。たぶんだから私は研究所の夜間警備の人たちを全員知っているのでしょうね。私が研究室外にいる時は、単に妻や友達と時間を過ごして楽しんでいます。料理が好きですし、夏にはセイリング/ボートやスキューバダイビング、冬にはスキーもします。

Zurich Instrumentsロックインアンプを使用した最近の論文

アプリケーションノウハウ:時間分解SPM

従来は別々の実験に使われていたパワフルな研究ツールを結合することは、常に新しくエクサイティングな領域に参入する良い方法です:

走査型プローブ顕微鏡(SPM)が簡単にsub-nm空間分解能を得られる一方、時間分解の特性を計測しnmスケールで運動性を理解するのは掴まえづらいゴールのままです(Appl. Phys. Lett. 110, 053111 (2017))。しかしながら、検知器としてカンチレバーのポンプ・プローブアプローチを使用する際、電気的、温度的、磁石的、視覚的なほとんどすべての音源信号が使用されます。特にフェムト秒レーザーはSPM時間分解を新しい限界へ押し出す大きな可能性となっています。

信号発生および分析セットアップがさらに複雑になる中、適切なテストおよび計測器具を使用することはますます重要になっています。当社は600 MHzのロックインアンプであるZurich Instruments UHFLIが、この新しい応用の場での理想的な同伴者であるために必要な追加の機能を備えていると信じています。当社の新しい時間分解SPMアプリケーションのページで当社が提供している最も重要な二つの測定スキームをご覧ください。そしてお客様の要件を、直接お話ししましょう

展示会スケジュール

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