Development of new physical methods for forming single photon sources in nanodiamond films
| Project/Area Number |
21K18830
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 26:Materials engineering and related fields
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
吉武 剛 九州大学, 総合理工学研究院, 教授 (40284541)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2023: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2022: ¥2,470,000 (Direct Cost: ¥1,900,000、Indirect Cost: ¥570,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
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| Keywords | ダイヤモンド / ナノダイヤモンド / 量子センター / NVセンター / 薄膜創製 / カラーセンター |
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| Outline of Research at the Start |
ナノダイヤモンド膜中への単一光子源の形成のための新たな物理的手法を創成することを目的として研究を行う．具体的には，物理気相成長法により成長するナノダイヤモンド膜にNVセンターをはじめとする単一光子源を形成するための，物理現象の理解を含めた，基盤技術を確立する．Si-VやGe-Vも近年注目を集めているが，本作製法ではターゲットに予めSi等を添加しておけば，試料作製が可能である．レーザー照射も適宜組み合わせてプロセス開発を行い，単一光子源の特性としては高輝度・高寿命の達成を目指す．
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| Outline of Annual Research Achievements |
ダイヤモンド格子中のNVセンターをはじめとする単一光子源は、量子コンピューティングや超高感度磁気センサーへの応用が期待されており、世界各国で国家プロジェクトが走っている状況である。その一方でその形成方法は既存の半導体に使われてきた技術で行われており、方法としては特に目新しいものはない。本研究では，ナノダイヤモンド膜中への単一光子源の形成のための新たな物理的手法を創成することを目的として研究を行っている。具体的には，物理気相成長法により成長するナノダイヤモンド膜にNVセンターをはじめとする単一光子源を形成するための，物理現象の理解を含めた、基盤技術を確立する。
同軸型アークプラズマ堆積（CAPD）法によりNドープナノダイヤモンド膜の堆積を行い、生成膜のNVセンター形成をPL測定に加えて、共焦点レーザー走査型蛍光顕微鏡によりその形成分布を評価した。膜作製時のプロセスの最適化により膜一面に渡ってNVセンターの発光が得られるようになった。膜中の窒素ドープ量は膜作製時の窒素雰囲気圧力により調整するがその最適化が進んだことが一因である。膜作製中の負バイアス印加がダイヤモンドの成長促進に極めて有効であることがわかっている。バイアス条件の更なる最適化により、膜の硬度を室温プロセスにもかかわらず多結晶ダイヤモンドと同硬度の85 GPaまで高めることに成功している。ダイヤモンド結晶の密度および質が高まっていることが予想され、そのこともNVセンターの発光増強に寄与していると考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
同軸型アークプラズマ堆積法のプロセス最適化により、膜中一面にわたってナノダイヤモンド中にNVセンターをas-depoで形成できることを実証した。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後はNVセンターの発光特性を詳細に調べて、膜作成プロセスにフィードバックをかけて、特性改善を行っていく。さらには、as-depo膜に酸素プラズマによるエッチング処理、水書プラズマによる終端処理、レーザーアニールなどの手段を適用していく。
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Report
(2 results)
Research Products
(31 results)
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[Presentation] Nanocarbon Electrodes Fabricated by Coaxial Arc Plasma Deposition for Phosphorus-doped Diamond Electronics Application2022
Author(s)
Sreenath Mylo Valappil, Shinya Ohmagari, Abdelrahman Zkria, Phongasaphak Sittimart, Eslam Abubakar, Hiromatsu Kato, Tsuyoshi Yoshitake
Organizer
15th International Conference on New Diamond and Nano Carbons (NDNC) 2022, Kanazawa Bunka Hall, Japan, June 5-9, 2022（国際 学会）
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[Presentation] Mechanical and structural properties of Si doped nanodiamond composite coatings deposited on cemented carbide2021
Author(s)
H. Naragino, M. Egiza, H. Ohue, A. M. Ali, K. Murasawa, H. Sugita, Y. Fukui, H. Gonda, M. Sakurai, and T. Yoshitake
Organizer
International Conference on New Diamond and Nano Carbons 2020/2021 (NDNC2020/2021), June 7-9, 2021, (online). 8A-13
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[Presentation] Structural properties and adhesion enhanced of Nanodiamond Composite Films Deposited on Si Substrates at Room Temperature by Employing Buffer Layer2021
Author(s)
A. Mohamed Ali, M. Egiza, K. Murasawa, H. Sugita, Y. Fukui, H. Gonda, M. Sakurai, and T. Yoshitake
Organizer
International Conference on New Diamond and Nano Carbons 2020/2021 (NDNC2020/2021), June 7-9, 2021, (online). II-06-1
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