2019 Fiscal Year Annual Research Report
電子スピンの量子状態変化を検出原理に持つカロリーメータの開発
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17H03526
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| Research Institution | National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology |
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Principal Investigator |
小野田 忍 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部, 上席研究員(定常) (30414569)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
蔭浦 泰資 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, NIMSポスドク研究員 (20801202)
加田 渉 群馬大学, 大学院理工学府, 准教授 (60589117)
川原田 洋 早稲田大学, 理工学術院, 教授 (90161380)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | ダイヤモンド / NVセンター / カロリーメータ / 超伝導 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ダイヤモンド中の窒素・空孔(NV）センターが持つ電子スピンの磁場・温度依存性をX線検出器の一種であるカロリーメータに適用するための研究を行った。既存のカロリーメータは、吸収体、遷移端温度計（TES）と超伝導量子干渉計（SQUID）、熱浴等から成る。吸収体の極微小な温度変化をTES・SQUIDで計測する。本研究では、NVセンターの電子スピンの磁場・温度特性を利用して微小な温度変化を捉えることのできる「電子スピン型カロリーメータ」の開発を目指した。電子スピンを利用する研究と並行し、硼素添加の単結晶ダイヤモンドが数K領域で超伝導を示す特徴を利用し、数K動作のダイヤモンドTESやSQUIDをカロリーメータに適用するための研究も実施した。
NVセンターは室温において利用されることが多いが、カロリーメータでは極低温における磁場・温度計測が求められる。NVセンターは100 Kを下回ると温度計測の感度が鈍化するため、従来よりも高感度な計測が必要とされる。そこで、NVセンター間の量子もつれを利用して高感度計測する方法に着目した。本研究では、量子もつれを生成し得るNVセンターの3量子ビット化に世界で初めて成功し、超高感度計測に向けて前進した。開発した手法はさらなる多量子ビット化の可能性を秘めており、カロリーメータだけでなく他の超高感度計測へも貢献し得る。一方、単結晶超伝導ダイヤモンドSQUID動作を世界で初めて実現した。動作温度は2.6 Kであり、動作温度を10 Kまで向上させる道筋も示した。このように数Kで動作するダイヤモンドSQUIDが開発できたことにより、数K動作のダイヤモンドカロリーメータ開発が大きく進展した。
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| Research Progress Status |
令和元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 |
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
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