Quantum imaging of spin behavior in solids

2021 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K22325
• Research Category: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: 0202:Condensed matter physics, plasma science, nuclear engineering, earth resources engineering, energy engineering, and related fields
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Sasaki Kento 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (90883504)
• Project Period (FY): 2020-09-11 – 2022-03-31
• Keywords: 量子センシング / 磁気共鳴 / ダイヤモンド / スピントロニクス / NVセンタ

Outline of Final Research Achievements

We developed and demonstrated the magnetic field and temperature measurement by using a single electron spin of a nitrogen-vacancy center in a diamond as a quantum sensor. We developed a highly accurate measurement based on physical models of spin levels and optical transitions and demonstrated accurate magnetic field measurement using machine learning. In measuring magnetic materials, etc., visualization of temperature waves, imaging of stray magnetic field distribution, and detection of magnons were also successfully achieved.

Free Research Field

量子工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

量子センサによる材料の磁場や温度の可視化技術の実証は、量子センシングを原理実証から実応用へステップアップさせるために意義がある。量子センサの利点である測定精度をさらに向上する成果は、物性計測応用に対するポテンシャルを引き上げる意義がある。磁性体中のスピンの励起であるマグノンは、ボーズアインシュタイン凝縮のような基礎研究から情報処理デバイスへの応用研究まで幅広い領域で注目されているため、その精密な検出と調査を行う成果は学術的および社会的に意義がある。