2021 Fiscal Year Annual Research Report
Quantum state control with advanced optical technique for spin defects in silicon carbide
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20H00355
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| Research Institution | National Institutes for Quantum Science and Technology |
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Principal Investigator |
大島 武 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, 部長 (50354949)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
黒木 伸一郎 広島大学, ナノデバイス・バイオ融合科学研究所, 教授 (70400281)
波多野 睦子 東京工業大学, 工学院, 教授 (00417007)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 結晶工学 / スピン欠陥 / 光物性 / 量子センシング |
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| Outline of Annual Research Achievements |
炭化ケイ素（SiC）中のシリコン空孔（Vsi）に着目し、陽子線描画技術を用いて任意位置・深さにVsiを形成し、光検出磁気共鳴（ODMR）を用いた温度計測及び磁場計測を行った。特に、2021年度はSiC/Si貼り合わせ構造を有する試料に陽子線描画によりVsiを導入した。室温での共焦点蛍光顕微鏡観察によりSiC中の任意位置にVsiが形成されていることを確認した。加えて、リアクティブエッチングなどを利用してSiC基板を局所加工（ライン形状）することで光導波路の形成を試みた。SiC/Si貼り合わせ基板の作製の最適化に向けた研究では、貼り合わせ前に基板表面に酸化膜を形成すること、貼り合わせ時に行う熱処理温度を検討することで、歩留まりの向上を達成した。
ODMRの高感度化に関しては、基底状態と励起状態でODMRを発生させる高周波を同時に印加することで、本来は温度依存性を持たない基底状態のODMRが温度依存性を有することを発見し、この手法を用いることで従来の励起状態のODMR測定を用いる場合よりも高いコントラストのODMRシグナルが得られること、即ち、温度感度が向上することを見出した。
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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
新型コロナウイルスの影響で、実験の実施に影響があるものの、測定系の着実な構築、デバイス作製や光導波路作製など実施することができており、概ね予定通りの進捗であると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度に検討した貼り合わせや光導波路形成プロセスを用いてSiC/Siデバイスや光導波路の作製を進める。陽子線描画技術を活用してVsiを導入しODMR計測を実施する予定である。また、センシングの高感度化に向け、測定系及びスピン操作プロトコルの改良を実施する。
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