2022 Fiscal Year Annual Research Report
2次元材料窒化ホウ素への室温でスピン操作・読み出し可能な新規スピン欠陥の創製
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20K05352
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| Research Institution | National Institutes for Quantum Science and Technology |
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Principal Investigator |
山崎 雄一 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, 上席研究員 (10595060)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松下 雄一郎 東京工業大学, 物質・情報卓越教育院, 特任准教授 (90762336)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | スピン欠陥 / 窒化ホウ素 / 光検出磁気共鳴 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
最も使用されているスピン欠陥形成方法であるイオン照射法は、目的のスピン欠陥以外の不要欠陥も形成されてしまう。不要欠陥はスピン欠陥の量子特性を劣化させるため、不要欠陥除去法が必要である。本年度は、高温イオン照射および室温イオン照射＋ポストアニールの2つでボロン空孔(VB)形成を行い、光学・スピン特性およびセンサ感度の改善度を比較した。
PLおよびODMR信号コントラストの処理温度依存性について、ポストアニールでは600℃でPL信号が消失するのに対して、高温イオン照射では700℃でも信号が観察された。これは、高温照射では、VBの生成と熱処理による消失が同時に進行することで、より高温でもVBが残るためと考えられる。ODMR信号コントラストについては、それぞれの処理において最もPL信号が強くなる温度で最も高いコントラストが得られた。両処理で最高コントラストに差は認められなかった。センサ感度に相当する信号雑音強度比は両処理で最大4倍程度改善された。ゼロ磁場分裂項(ZFS)Eの処理温度依存性について調べた。Eは結晶歪みに関係するパラメータであり、イオン照射による結晶損傷が大きいほどEも大きくなると考えられる。600℃以下では、両処理ともほとんど変化がないが、600℃以上で明らかにEが減少した。これから、高温イオン照射は、導入される結晶損傷量の少ないVB形成方法と言える。ODMR信号コントラストでは優位性は認められなかったが、T2(スピンコヒーレンス時間)等、より影響を受けやすいと推測されるスピン特性を調べることで、高温イオン照射の優位性が示されることが期待される。
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