實現單一鐵原子「量子位元」的重大進展—成功在1奈米絕緣膜上穩定保持鐵原子

常見問題

Q: 千葉大學與大阪大學的研究團隊於何時在國際期刊發表關於單一鐵原子量子位元的研究成果？

A: 千葉大學大學院工學研究院的山田豐和副教授與大阪大學的多田幸平助教所率領的共同研究團隊，已於2026年3月10日將其研究成果線上發表於國際學術期刊《Applied Surface Science Advances》，論文編號為10.1016/j.apsadv.2026.100965。

Q: 研究團隊使用何種設備與環境條件來驗證單一鐵原子在1奈米絕緣膜上的穩定性？

A: 研究團隊使用千葉大學自行開發的掃描穿隧顯微鏡（STM），在超高真空與極低溫環境（攝氏零下268.5度）下，成功驗證了厚度約1奈米的MgO絕緣膜上單一鐵原子的穩定吸附狀態與量子自旋特性。

Q: 該研究中所使用的絕緣膜材質與厚度為何，並在何種基底結構上進行實驗？

A: 研究中使用的絕緣膜為厚度約1奈米（nm）的氧化鎂（MgO）薄膜，實驗是在廣泛應用於自旋電子學領域的MgO/Fe (001)結構基底上進行，成功實現單一鐵原子的穩定固定。

Q: 單一鐵原子在量子技術中的潛在應用為何，其關鍵量子特性是什麼？

A: 由於單一鐵原子具有離散的量子自旋狀態，特別是自旋S = 3/2的特性，並能產生巨大的電荷轉移，因此有望作為量子電腦或量子感測器的基本單位—量子位元，實現高穩定性的量子資訊處理。

Q: 為何過去難以在絕緣膜上穩定固定單一鐵原子，此研究突破了哪些技術瓶頸？

A: 過去因傳統極薄絕緣膜（0.2至0.4奈米）存在大量結晶缺陷與應變，難以穩定固定單一鐵原子；本研究成功克服技術困難，在約1奈米厚的MgO膜上牢固吸附鐵原子，並確立在特定電壓與電流條件下不移動原子的觀測方法。