Detection of harmonic signals of magnetic particles by diamond quantum sensor

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K14392
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 13020:Semiconductors, optical properties of condensed matter and atomic physics-related
• Research Institution: National Institutes for Quantum Science and Technology
• Principal Investigator: Masuyama Yuta 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, 主任研究員 (00814790)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 量子センサー / NVセンター / 磁性ナノ粒子 / ダイヤモンド / 量子センシング

Outline of Final Research Achievements

This study aims to develop a method for detecting small amounts of magnetic particles at a distance by means of a diamond quantum sensor with higher sensitivity by quantum control and a system for generating harmonic components of the response magnetic field of magnetic particles. To this end, this study set up a system for generating harmonic components of the response magnetic field of magnetic particles, developed a method for evaluating and improving the performance of the diamond quantum sensor, and constructed a quantum control sequence for detecting harmonic components of the response magnetic field of magnetic particles with the diamond quantum sensor.

Free Research Field

量子工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

近年、直径1 μm未満の微小な磁性粒子の医療応用が実用化され始めている。さらに、ガンの検出、ハイパーサーミア、などさまざまな医療応用が期待されており、体内に注入した磁性粒子が、期待した位置へ集積する量などを検出する必要が生じている。その磁性粒子の位置特定のためには、高感度な磁気センサが必要である。しかし、従来の冷凍機を用いた超伝導磁気センサ（SQUID）などは大型で高価なため、技術普及・発展の妨げとなっている。本研究の成果は、体内に注入した微量な磁性粒子を検出可能な、室温・磁気シールドレスで動作する高感度量子センサーシステムの重要な技術要素である。