二次元ダイヤモンド超薄膜ダイヤメインの創製および量子機能性の発現
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23K04549
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 28030:Nanomaterials-related
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| Research Institution | National Institutes for Quantum Science and Technology |
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Principal Investigator |
圓谷 志郎 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 量子機能創製研究センター, 上席研究員 (40549664)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,680,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥1,080,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
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| Keywords | 高エネルギーイオン照射 / 二次元層状物質 / イオン照射 / グラフェン / ダイヤモンド |
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| Outline of Research at the Start |
ダイヤモンドNVセンターを利用した量子計測・センシング技術は，材料・ものづくり，医療等の幅広い分野でのイノベーション創出に繋がることが期待されている。しかしながら，NVセンターはバルクダイヤモンド中の様々な深さに形成されるため，高感度化に必須である計測対象との距離を高度に制御し近接させることが困難である。本研究では，ダイヤモンドの原子層の二次元物質であるダイヤメイン薄膜ではNVセンターは表面近傍に必ず形成されることに着目し，独自手法である高エネルギー重イオンビームからのエネルギー付与を利用することによりダイヤメインの大面積薄膜を作製し，量子機能性を発現するNVセンターを創出する方法を開発する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
膜厚や原子構造・サイズを自在に制御可能なダイヤメイン薄膜の成長を可能にするために，高エネルギー重イオンビーム照射を用いる新たな作製手法を開発している。同ダイヤメイン薄膜の原子構造や電子状態を明らかにすることで，スピン欠陥の生成の可能性について検討し，ダイヤメインの原子構造を制御することでスピン欠陥の電荷状態の制御・安定化を実現させ量子機能性の発現を目指す。本年度は (1)ダイヤメイン薄膜の作製手法の探索を行った。また，(2)ダイヤメインの原子構造および電子状態の評価に着手した。
(1) 高エネルギー重イオンビーム照射によるダイヤメイン薄膜作製法の開発
フリースタンドした薄膜への高エネルギーイオンビーム照射を可能にするイオン照射装置を開発し，同装置を用いてアルカリハライド/多層グラフェン/アルカリハライド複合ヘテロ構造薄膜に種々の高エネルギーイオンビームの照射を実施した。入射イオンからのエネルギー付与を利用することで炭素結合の組み換えを生じさせダイヤメインが形成することを明らかにした。さらにイオンビームの照射量やエネルギー，薄膜の終端構造等とダイヤメインの形成効率の関係についての知見を得た。
(2) ダイヤメインの原子構造および電子状態の評価
高エネルギー重イオン照射により作製したダイヤメインの原子構造や電子状態を透過電子顕微鏡，光電子分光やX線吸収分光により調査した。アダマンタン等の炭化水素と類似の原子構造および電子状態を有することを明らかにしつつある。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
ダイヤメインの作製手法については本年度中に確立できていないが，ダイヤメイン薄膜の評価手法を確立することができた。このため得られた薄膜の原子構造等を詳細に調べて作製法の探索にフィードバックさせることで，当初予定の来年度前半までには作製手法を明らかにできる目途が立っている。
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| Strategy for Future Research Activity |
膜厚や原子構造・サイズを自在に制御可能なダイヤメイン薄膜の成長方法を確立する。スピン欠陥形成につながる原子構造制御の手法についても検討をはじめる。
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Report
(1 results)
Research Products
(2 results)
