2017 Fiscal Year Annual Research Report
Highly-sensitive NMR imaging by quantum control of diamond
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15H03996
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
早瀬 潤子 (伊師潤子) 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (50342746)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
渡邊 幸志 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 (50392684)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 量子計測 / スピントロニクス / 結晶工学 / ダイヤモンド |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、ダイヤモンド中の窒素－空孔ペア（NVペア）に局在した電子スピンを、「量子核磁気共鳴（NMR）センサー」として利用し、超高感度・高空間分解能NMRイメージングを実現するための基盤技術を開発することを目的とする。
平成29年度は、微細加工テンプレート基板と窒素ドープ同位体制御化学気相成長（CVD）法を組み合わせる独自のダイヤモンド作製法のさらなる高度化を進めた。基板加工条件およびCVD成長条件の最適化を進め、配向率を高い値に保ちつつ、センサ感度を決定するNVペア密度Nとコヒーレンス時間T2の積N×T2を10^{13} cm^{-3}・sまで向上させることに成功した。この値は、CVD法により生成されたNVペアにおける最高値に匹敵する値である。さらにCVD成長後にイオン注入とアニーリング処理を加えることで、N×T2の値を2桁以上向上可能であることを示した。またNVペアをNMRセンサとして用いた際のセンサ感度を理論的に計算し、感度を最適化するためのNVペア集合体の空間配置を求めた。
構築したパルス光検出共鳴（ODMR）顕微鏡を用いて、スピンエコー法による交流磁場センシングのデモンストレーションを行なった。その結果、ダイヤモンド中に存在する窒素核スピンにより生じた局所交流磁場を検出することに成功した。この結果は、窒素核スピンのNMR測定をデモンストレーションしたことに相当する。さらに、多周波数マイクロ波による電子スピン制御を行なうことで、従来法よりも高感度に交流磁場をセンシング可能な新規手法を提案・実証した。この結果は、NMR測定の更なる高感度化を可能にする有力な手法であると期待される。
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| Research Progress Status |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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