プラズモン量子回路におけるグラフェン

プラズモン量子回路において、グラフェンは従来の金属（金や銀）が抱える「損失」という弱点を克服するための最有力候補です。

グラフェン特有の性質を活かした損失対策と、それを支える技術的アプローチについて深掘りします。

1. グラフェンによる損失抑制のメカニズム

従来の金属プラズモンでは、金属内の電子が頻繁に衝突することでエネルギーが熱として逃げてしまう「オーム損失」が不可避でした。グラフェンは以下の特性によりこれを劇的に改善します。

高い電子移動度: グラフェン内の電子は質量がゼロであるかのように振る舞い（ディラック電子）、不純物が少なければ非常に長い距離を衝突せずに移動できます。これにより、プラズモンの寿命（コヒーレンス時間）が大幅に延びます。
表面フォノン散乱の抑制: 通常、基板（ $SiO_2$ など）の原子振動（フォノン）がプラズモンのエネルギーを奪いますが、グラフェンを特定の絶縁体で保護することでこの干渉を最小限に抑えられます。

2. 具体的な損失対策技術

高忠実度な回路を実現するために、現在研究されている具体的な手法は主に3つあります。

① hBN（六方晶窒化ホウ素）によるカプセル化

グラフェンを上下からhBNという原子レベルで平坦な絶縁体で挟み込む手法です。

効果: 基板由来の不純物や凹凸からグラフェンを隔離し、電子移動度を極限まで高めます。これにより「弾道輸送（Ballistic transport）」に近い状態でプラズモンを伝播させることが可能になり、損失が劇的に減少します。

② 静電チューニング（ゲート電圧制御）

グラフェンの最大の特徴は、外部から電圧（ゲート電圧）をかけることで電子密度を自在に変えられる点です。

効果: 動作周波数に合わせてプラズモンの波長や速度をリアルタイムで調整できます。これにより、回路内の特定の部位で損失が最小になるよう最適化したり、計算に必要なタイミングを精密に制御（高忠実度化）したりできます。

③ 量子ゼノン効果の利用

これは材料そのものの性質ではなく、回路設計の工夫です。

効果: グラフェンの強い「非線形性」を利用し、2つのプラズモンが同時に存在する状態を意図的に吸収・観測することで、計算エラー（意図しない状態遷移）を物理的に抑制します。これにより、理論上の計算精度をエラー耐性しきい値以上に引き上げることが可能です。

3. 材料・構造別の比較

対策手法	主なメリット	課題
金・銀（従来型）	作製が容易、可視光域で動作	オーム損失が大きく、小型化に限界
グラフェン（単体）	超小型化、電気的な制御が可能	基板の影響を受けやすく損失が残る
グラフェン + hBN	極低損失、高い量子コヒーレンス	多層構造の作製プロセスが複雑

出典：Google Gemini

PR:

110GHz複素誘電率測定システム – FPOR製品（ネクステム株式会社）と協調してソリューション提供

弊社とネクステム株式会社は、協調して110GHz複素誘電率測定システム（FPOR：FABRY-PEROT OPEN RESONATOR）を提供いたします。 FPORお問い合せ先：ネクステム株式会社ホームページhttp://www.nextem.co.jp/ Email: info＠nextem.co.jp 電話：06-6977-7027 システムカタログダウンロードネクス[…]

https://tm-co.co.jp/nextem_fpor/

10MHｚ～110GHz誘電率測定セミナ・デモ風景

QWED社：FPOR：FABRY-PEROT OPEN RESONATOR

　　Dielectric constant:Dk = 1 – 15 (accuracy ± 0.2 %)

　　Loss tangent:Df > 5 × 10^–6 (accuracy ± 2 %)

Ceyear社：3674P 10MHz～110GHz VNA ￥47,620,000.～

　　１．０mmコネクタケーブルによる直接接続（VNAにエクステンダ不要）

PR:

	SDS8000Aシリーズオシロスコープ特長と利点 4チャンネル + 外部トリガーチャンネルアナログチャンネル帯域幅：最大16GHz(8/13/16GHz) リアルタイムサンプリングレート：最大40GSa/s（全チャンネル同時） 12ビットADC 低ノイズフロア：16GHz帯域幅で176μVrms SPOテクノロジー・波形キャプチャレート：最大200,000フレーム/秒・ 256段階の波形輝度と色温度表示をサポート・最大2Gポイント/チャンネルのストレージ容量・デジタルトリガー・Coming soon
	SSG6M80Aシリーズマルチチャネル・コヒーレント・マイクロ波信号発生器主な特長・最大周波数 13.6 GHz/20 GHz ・出力周波数分解能最大0.001 Hz ・位相ノイズ < -136 dBc/Hz @ 1 GHz、オフセット 10 kHz（測定値）・コヒーレントモード、搬送周波数 = 10 GHz、周囲温度変動 ±2℃、観測時間 5時間、位相変動 < 1.5° ・チャンネル間の周波数、振幅、位相を個別に調整可能。単一デバイスチャンネル同期および複数デバイスチャンネル位相同期をサポート。位相メモリ機能搭載・アナログ変調、パルス変調（オプション）・Coming soon

	SSA6000A Series Signal Analyzer Main Features ・Measurement Frequency Range: 2 Hz ~ 50 GHz ・IQ Analysis Bandwidth: 1.2 GHz ・Real-time Spectrum Analysis Bandwidth: 400 MHz ・Phase Noise: -123 dBc/Hz @ 1 GHz, 10 kHz offset ・DANL: Less than -165 dBm/Hz ・Demodulation and analysis of signals from multiple mobile communication standards including 5G NR, LTE/LTE-A, WLAN, and IoT, as well as wireless connections. ・Coming soon
	SNA6000A Series Vector Network Analyzer Key Features ・Frequency Range: 100 kHz ~ 50 GHz ・Dynamic Range: 135 dB ・IF Bandwidth Range: 1 Hz ~ 10 MHz ・Output Power Setting Range: -60 dBm ~ +20 dBm ・Supports 4-port (2-source) S-parameter measurements, differential (balanced) measurements, time-domain analysis, scalar mixer measurements, etc. ・Optional accessories include electronic calibration kits, switch matrix, and mechanical switches. ・Coming soon

お礼、

T&Mコーポレーションは設立5年ですが、おかげさまで業績を着実に伸ばしており、
オフィスを港区芝（最寄り駅浜松町）に移転し、スペースも拡大いたしました。
欧米計測器メーカーが値上げをする中、(110GHz VNAでは1億円超え)
弊社では若干の値下げをさせていただき、Ceyear社110GHz VNAは5000万円以下です。
高額な設備投資を伴う製品開発では、市場投入までの時間（Time to Market）の短縮、「スピード感」が求められます。
電子計測器業界の「ゲームチェンジャー」として、高性能/高信頼/低価格/短納期を武器に
T&Mコーポレーションはお客様のご予算を最大限生かす製品群をご提案させていただいております。