2019 Fiscal Year Annual Research Report
Innovative spin detection with creative assembling with nanosensor and microsystem
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19H02568
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
戸田 雅也 東北大学, 工学研究科, 准教授 (40509890)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | スピン検出 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
磁気共鳴力顕微鏡（MRFM）は、単一スピン検出が可能な高度な磁気共鳴イメージング（MRI）技術である。高分解能にスピン共鳴イメージングするためには計測システムを高度に長期間安定させる必要があり，大気圧下でも動作する高感度磁気センサの真空封止技術の確立や熱・電気・機械的に優れたダイヤモンドによる高感度センサの開発，またセンサやコイルなどとマイクロシステムとの精密なアセンブル技術開発を進めた。封止型のセンサ開発においては，ウェハとセンサとの接合に導電性接着剤を用いて真空封止可能な磁気共鳴力計測のための磁気センサの開発を行い，その性能を評価した。また，ダイヤモンドの窒素欠陥カラーセンタ（NVC）は，究極の磁気センサ素子として有力な材料であり，NVCを用いた磁場イメージングを試みた。その結果，ナノダイヤモンド微粒子を用いた磁場分布計測を実証することができた。また，窒素欠陥を有するナノダイヤモンドにさらに窒素イオン照射することで窒素欠陥密度を向上させるなど行った。その結果，NVCを特徴付けるNV（－）の割合が向上することが示せたが，イオン照射方法では，信号強度が下がってしまうという課題を見つけることができた。これはアニール処理を行うことで改善することが期待される。また，核スピンの偏極度を検出するための低弾性共振子の開発を行った。その結果，シリコンステージ内に存在する自然に５％程度存在するSi同位体のスピンの磁気共鳴を理論的に計測できるほど高感度な低弾性ねじれ振動子を開発することができた。
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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
接合した磁気センサを用いた磁気共鳴力計測を達成でき，システム構築に向けた有益な知見が十分得られたことや，ダイヤモンドや低弾性共振子を用いた磁気計測を行い，大気圧下での磁場イメージングの初期実験に成功した。またこれらに対して，3回の国内学会発表行った。
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| Strategy for Future Research Activity |
適切な基板の接合技術を用いた比較的簡易な作製プロセスで真空封止型の磁気センサを作製する。その後、大気中の試料と真空封止した高感度磁気センサの集積化により試料を安定してセンサに近づけ、常温常圧で試料を傷つけず観察するための計測システムを築く。また、これまで変位計測に光学的なアライメントを要する磁気センサを用いてきたが、シリコン材料と磁歪材を組み合わせたような小型磁気センサによる高感度スピン検出のための封止型センサの開発を進める。
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Research Products
(4 results)
