| Project/Area Number |
23K26123
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| Project/Area Number (Other) |
23H01429 (2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21030:Measurement engineering-related
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| Research Institution | National Institute of Advanced Industrial Science and Technology |
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Principal Investigator |
蔭浦 泰資 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究員 (20801202)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小野田 忍 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子技術基盤研究所 量子機能創製研究センター, 上席研究員 (30414569)
川原田 洋 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (90161380)
大曲 新矢 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 主任研究員 (40712211)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥18,980,000 (Direct Cost: ¥14,600,000、Indirect Cost: ¥4,380,000)
Fiscal Year 2025: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2024: ¥5,330,000 (Direct Cost: ¥4,100,000、Indirect Cost: ¥1,230,000)
Fiscal Year 2023: ¥10,270,000 (Direct Cost: ¥7,900,000、Indirect Cost: ¥2,370,000)
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| Keywords | ダイヤモンド / 量子センシング / NV中心 / 化学気相堆積法 / ドーピング |
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| Outline of Research at the Start |
ダイヤモンド中の負に帯電した窒素-空孔（NV）中心は、室温・幅広い環境下で動作する高感度量子センサとして期待できる。しかし、実現の鍵となるセンサの高感度化は途上であり、物性上は高感度化が期待されている一方、実測では超伝導など他の量子系に劣る。そこで本研究では、量子もつれ状態が発現するほどの超高密度NV電子スピン結晶を実現し、量子もつれ状態を活用した超高感度センシングに挑む。その実現に向けて、化学気相堆積法および電子線照射法を基にした新たな超高密度NV形成手法を構築する。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、量子もつれが発現するほど高密度なNV中心アンサンブルを形成する手法の開発およびそのセンシング応用を目指したものである。高密度NV中心形成のためには「高密度窒素ドーピング法」および「高密度空孔導入・拡散（NV形成）法」が開発すべき要素技術となる。そこで本研究では、このふたつの技術開発を並行して実施している。
前者については、複数種のプラズマ技術、熱フィラメント法およびチャンバーフレーム法に着目し、従来のマイクロ波プラズマ化学気相堆積（MPCVD）法とは異なるアプローチによる高密度窒素ドーピング・ダイヤモンド結晶成長法の開発を実施している。新規手法の開拓に至った背景としては、従来の窒素ドーピング技術開発では一般的なMPCVD装置における合成パラメータの最適化によって高窒素ドーピングが試みられてきたが、ドーピング密度は10^20cm^-3程度で長らく停滞しており、パラメータ最適化のみではこれ以上の劇的な高密度化が困難であると考えられるためである。一方、ダイヤモンドへのホウ素ドープにおいて10atm%を超えるドーピングが報告されていることから、窒素も同水準までドーピング出来る可能性が示されている。本年度では、世界最高密度のホウ素ドープを実現した手法を応用し、ダイヤモンドへの窒素ドーピングにおける世界最高密度を実現した。また、複数種の手法で窒素ドーピングを試み、高密度化への指針を得た。
後者（高密度な空孔導入・拡散手法の開発）については、ダイヤモンド構造を維持しながら空孔を高密度に導入する技術開発が重要となる。そこで本研究では、高密度化に適した電子線照射および熱処理プロセス開発を実施している。本年度では、そのための装置開発を実施した。
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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
初年度では、当初計画どおり装置導入を完了し複数の実験に着手できている。実験においては、複数種の手法でのダイヤモンド合成・窒素ドーピング法を実証し、高密度ホウ素ドーピング法を応用した手法では世界最高密度の窒素ドーピングを実現した。この点でおおむね順調であるといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
初年度に導入した装置群による合成・電子線照射条件探索を本格化し、二次元・三次元NVアンサンブル双方による世界最高NV密度を目指す。
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