2018 Fiscal Year Annual Research Report
Diamond quantum nano-sensor with high sensitivity and high resolution
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16H02088
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
水落 憲和 京都大学, 化学研究所, 教授 (00323311)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | ダイヤモンド / NV中心 / NVセンタ / 量子センサ / 量子技術 / 磁気センサ / コヒーレンス時間 / T2 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
H29年度に続き、n型ダイヤモンドにおけるNV中心のスピンコヒーレンス時間（T2、T2*）の測定を行い、更にAC磁場感度測定を行った。T2の長さが最長の2.4ミリ秒のNV中心において、数ナノテスラ/(Hz)1/2の感度が見積もられ、単一NV中心における世界最高のAC磁場感度を実証した。また、磁気シールドを施すことにより、T2*が最長で1.5ミリ秒の観測をすることができた。ノイズスペクトロスコピー及びT1測定によるノイズ源の評価を行った。リン濃度よりも常磁性不純物欠陥の量が多いことが分かった。これは今後の高品質合成に指針を与える重要な結果である。またH30年度は更に、H29年度に得られていた最適リン濃度と同程度のリン濃度を持つ3つのダイヤモンド試料を新たに測定し、同様に２ミリ秒以上のT2が観測され、再現性が得られた。電荷測定も行い、T2の長いNVにおいても電荷状態が100%であることが確かめられ、リンドープによる電荷状態安定化とコヒーレンス時間の長時間化の両立を実証した。n型ダイヤモンド半導体はNV中心を用いたデバイスには必須となるため、そのn型ダイヤモンドにおいて最長のコヒーレンス時間が得られたことは、将来の応用研究にとって非常に意義深い基盤研究成果と言える。本成果は特許出願し、論文準備中である。
原子レベル表面平坦ダイヤモンド試料の研究では、窒素ドープ量とNV中心の生成量の最適条件や表面状態と安定性を調べるため、表面平坦化と同条件で作製した試料にて、数十nmから数百nm程度の深さに存在するNV中心を調べた。原子レベル表面平坦化は水素終端により実現するが、水素終端表面においては正孔が表面付近に生成し、NV－の電荷状態が不安定になることも懸念された。しかし、適度な窒素がドープされている事で電荷状態が安定にNV－になっていることが確かめられ、今後の研究につながる結果が得られた。
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| Research Progress Status |
平成30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 |
平成30年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(12 results)
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[Journal Article] Optimization of temperature sensitivity using the optically detected magnetic-resonance spectrum of a nitrogen-vacancy center ensemble2018
Author(s)
K. Hayashi, Y. Matsuzaki, T. Taniguchi, T. Shimo-Oka, I. Nakamura, S. Onoda, T. Ohshima, H. Morishita, M. Fujiwara, S. Saito, N. Mizuochi
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Journal Title
Physical Review Applied
Volume: 10
Pages: 34009-1～８
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] Ultra-long Coherence Times of NV Centres in n-type Diamond2019
Author(s)
Ernst David Herbschleb, Hiromitsu Kato, Yuichi Maruyama, Takuya Danjo, Toshiharu Makino, Satoshi Yamasaki, Izuru Ohki, Kan Hayashi, Hiroki Morishita, Masanori Fujiwara, Norikazu Mizuochi
Organizer
IFQS2019
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[Presentation] Best magnetic-field sensitivities with single NV centres at room temperature2019
Author(s)
E. D. Herbschleb, H. Kato, Y. Maruyama, T. Danjo, T. Makino, S. Yamasaki, I. Ohki, K. Hayashi, H. Morishita, M. Fujiwara, N. Mizuochi
Organizer
第66回応用物理学会春季学術講演会
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