2022 Fiscal Year Annual Research Report
Quantum state control with advanced optical technique for spin defects in silicon carbide
| Project/Area Number |
20H00355
|
|---|
| Research Institution | National Institutes for Quantum Science and Technology |
|---|
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 量子機能創製研究センター, センター長 (50354949)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
黒木 伸一郎 広島大学, ナノデバイス研究所, 教授 (70400281)
波多野 睦子 東京工業大学, 工学院, 教授 (00417007)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | 結晶工学 / スピン欠陥 / 光物性 / 量子センシング |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
炭化ケイ素（SiC）中のシリコン空孔（Vsi）に着目し、粒子線描画技術（MeV級エネルギーのイオンをマクロメートル径に集束）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。
2022年度はSiC/Si貼り合わせ構造作製プロセス、貼り合わせ試料などへの粒子線描画（PBW）によるVsi導入を継続して実施した。Si側にフォトダイオード構造を形成した貼り合わせ基板中の任意位置に形成したVsiに対して、室温での共焦点蛍光顕微鏡観察及びODMR測定を行たところ、ODMRシグナルが観測され、貼り合わせ基板においてもVsiによる量子センシングが可能であることを見出した。
ODMRの高感度化に関しては、2021年度に発見した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で温度依存性を計測する手法（SRODMR）を発見したが、2022年度は温度と磁場の同時に計測するスピン操作プロトコルの開発を行った。SiCデバイス中にPBWによって局所的に形成したVsiに対して、3つのパルスジェネレータを用いて、電子スピンの共鳴状態を制御することで、一連の測定で基底（磁場計測）及び励起（温度計測）準位の両方の共鳴の情報を取得可能な系を構築した。SiCダイオード中にPBWを用いることで任意位置にVsiを形成し、形成したVsiを用いてダイオードに流れる順方向電流が誘起する磁場計測及び外部磁場印加によるダイオード中の磁場を温度計測と同時に行った。その結果、開発した手法により磁場と温度の同時計測を行うことで、従来法に比べ1/5程度の測定時間で計測が可能となることを見出した。
|
| Research Progress Status |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
|
| Strategy for Future Research Activity |
令和4年度が最終年度であるため、記入しない。
|
