2022 Fiscal Year Annual Research Report
Control of charge and strain of diamond crystal and elucidation of limiting factor of electron spin coherence time
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20H02187
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
寺地 徳之 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 機能性材料研究拠点, 主席研究員 (50332747)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ダイヤモンド / 結晶成長 / 不純物制御 / 固体量子 / 発光センタ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、研究項目を「極微量不純物不純物ドーピング制御によるT2律速要因の解明」と「歪・転位制御によるT2律速要因の解明」の2つに分けて実施した。
前者については、R4年度は超高純度層上に厚みが異なるNV-センタ層を積層させることでNV-センタ層内のNV-センタ面密度を空間的に変化させた。そして、NV-センタ面密度とスピンコヒーレンス時間T2の相関を調べた。その結果、厚さが2μm以上ではNV-センタの発光はアンサンブルであり、T2は0.1ms以下と短かった。一方で厚さが0.5μm以下ではNV-センタの発光は単一となり、T2は最大で0.5msと長い値が得られた。薄膜化することでスピン緩和を引き起こす窒素の濃度が低減したことが、T2向上の要因の1つと考えられるが、結論にはより多角的な評価が必要である。
後者については、R4年度は薄膜成長の下地基板に結晶性の異なるダイヤモンド結晶を用い、基板の結晶性がT2に及ぼす影響を調べた。併せて、薄膜内部に形成される転位の評価を行い、高品質領域と転位近傍とでT2がどのように変化するかを調べた。その結果、窒素ドープダイヤモンドCVD薄膜の評価からは、下地基板の歪分布を反映して成長している領域と、その歪分布以上に大きな歪や新たな転位が発生している領域が存在していることが分かった。続いて共焦点蛍光顕微鏡により成長した窒素ドープダイヤモンド薄膜のT2の面内分布を評価したところ、転位が存在する領域ではT2の低下が見られたが、基板の結晶性に伴う歪分布はT2に大きく影響しないことが分かった。
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| Research Progress Status |
令和4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4年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Presentation] Characterization of HPHT Diamonds with NV Centers for High-Sensitivity Bulk-Ensemble Magnetometer2022
Author(s)
T. Sekiguchi, Y. Kamitsubo, T. Tsuji, Y. Aoki, Y. Masuyama, T. Taniguchi, M. Miyakawa, C. Shinei, S. Onoda, H. Abe, S. Saiki, S. Ishii, T. Teraji, T. Ohshima, T. Iwasaki, M. Hatano
Organizer
14th International Symposium on Atomic Level Characterizations for New Materials and Devices '22
Int'l Joint Research
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