2020 Fiscal Year Annual Research Report
Highly-sensitive vector magnetic field sensor using multi-frequency quantum manipulation of electric spins in diamond
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18H01502
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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), 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) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 量子センサ / ダイヤモンド / NV中心 / 電子スピン共鳴 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ダイヤモンド中の窒素－空孔（NV）中心は、室温大気下で動作可能な「量子センサ」の最有力候補である。本研究では、ダイヤモンドNV中心を対象として、多周波数マイクロ波によって複数の電子スピン量子状態を独立かつ同時に制御する、“多周波数制御ベクトル磁場センシング”技術を提案し、実験的に実証することを目的とする。
本年度においては、周波数の異なるマイクロ波を個別に増幅するなどのマイクロ波回路の改良を進め、問題になっていたマイクロ波の減衰・歪等を改善した。その結果、多周波数制御時の信号強度を理論限界に近づけ、多数波数ベクトル磁場センシング感度を向上させることに成功した。さらに多周波数マイクロ波制御を適用することで、従来法と比較して高感度な温度センシングが可能であることを実験的・理論的に示し、同手法がベクトル磁場と温度の高感度複合センシングに有用であることを示した。従来の温度センシングでは、ベクトル磁場センシングが可能となるランダム配向を有するNV中心を用いて高感度に温度センシングすることは原理的に困難であったが、多周波数制御を適用することで、異なる配向を有するNV中心を同時に制御・測定し、ランダム配向を有するNV中心において温度センシングの高感度化に成功した。本研究では、多数波数制御温度センシングを用いることで、単一周波数制御と比較し、温度感度が1.8倍、ベクトル磁場感度が2.7倍以上向上できることを示した。この結果から、我々の開発した多周波数制御法を用いることで、同一のサンプルかつ同一のセットアップを用いて、ベクトル磁場と温度の両方を高感度にセンシング可能であることが明らかとなった。
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| Research Progress Status |
令和2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2年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(19 results)
