2021 Fiscal Year Annual Research Report
ダイヤモンドNV中心の量子状態高度制御による量子センシング顕微鏡計測研究
| Project/Area Number |
21H04653
|
|---|
| Research Institution | Kyoto University |
|---|
Principal Investigator |
水落 憲和 京都大学, 化学研究所, 教授 (00323311)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
白川 昌宏 京都大学, 工学研究科, 教授 (00202119)
大木 出 京都大学, 化学研究所, 特定研究員 (80418574)
徳田 規夫 金沢大学, ナノマテリアル研究所, 教授 (80462860)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2024-03-31
|
| Keywords | 量子センシング / ダイヤモンド / NV中心 / NMR / バイオ計測 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本提案では、申請者グループが有するダイヤモンドNV中心の独自の量子状態の高度制御、 高感度量子センシング計測、高品質ダイヤ作製の技術と知見により、NV中心を用いた既存 の計測感度を遥かに超える量子センシング顕微鏡計測の実現をねらう。更にそれらを用い、革新的バイオ計測技術実現へ研究を展開する。研究実施計画に記載した各研究項目の実績は以下のとおりである。
NV中心を用いた独自の高感度量子センシング顕微鏡装置については、高感度量子センシング顕微鏡装置の開発研究を行った。NMR構造解析には化学シフト解析のためNMR線幅先鋭化が重要で、それには静磁場、及び励起用の振動磁場の空間均一性が重要である。静磁場に関してはコイルを自作して改良し、励起用の振動磁場に関してもコイルを設計して改良を行った。
量子状態の高度制御については、ドレスト状態を用いた感度向上実証の目的に関し、ドレスト状態を用いた更なる感度向上の実現には、多数のマイクロ波フォトンをまとわりつかせることが必要なため、そのための高効率振動磁場コイルの設計と作製を行った。
ダイヤモンド材料技術開発に関しては、高品質ダイヤモンドの合成を行った。リンドープn型ダイヤモンドは京大での既存のCVD合成装置により合成した。最適な窒素濃度やNV中心の生成効率は合成条件に強く依存するため、その最適なパラメーターを見つけ出すには系統的な研究開発が必要であったが、最適条件探索を進め、高感度試料作製開発研究を行った。窒素濃度やNV中心の生成効率などの特性評価は、代表者グループの既存設備である電子スピン共鳴装置、自作共焦点レーザ顕微鏡システムや、分光器を導入して行った。各プロセスにおけるNV生成量やT2等の評価情報をフィードバックし、最適な材料作製最適条件を探索した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初予期していなかったような重大な事案はなく、おおむね順調に進んでいると考えている。研究実施計画に記載した各研究項目の現在までの進捗状況は以下のとおりである。
NV中心を用いた独自の高感度量子センシング顕微鏡装置については、高感度量子センシング顕微鏡装置の開発研究を行った。静磁場に関してはコイルを自作して改良し、励起用の振動磁場に関してもコイルを設計して改良を行った。
量子状態の高度制御については、ドレスト状態を用いた感度向上実証の目的に関し、温度センサの高感度化の目的に関し、近年取り組んでいたドレスト状態を用いたT2長時間化技術などをもとに温度感度高感度化を行った。特に精密な温度感度計測のための設備を構築した。
ダイヤモンド材料技術開発に関しては、高品質ダイヤモンドの合成を行った。リンドープn型ダイヤモンドは京大での既存のCVD合成装置により合成した。最適な窒素濃度やNV中心の生成効率は合成条件に強く依存するため、その最適なパラメーターを見つけ出すには系統的な研究開発が必要であったが、最適条件探索を進め、高感度試料作製開発研究を行った。窒素濃度やNV中心の生成効率などの特性評価は、代表者グループの既存設備である電子スピン共鳴装置、自作共焦点レーザ顕微鏡システムや、分光器を導入して行った。各プロセスにおけるNV生成量やT2等の評価情報をフィードバックし、最適な材料作製最適条件を探索した。
細胞内観測への展開については、立ち上げた装置を用い、まずは板状ダイヤモンドの上に載せた対象試料について、板状ダイヤ内のNV中心により計測を行い、測定条件探索を行った。
以上のように、研究実施計画に記載した通り、研究はおおむね順調に進んでいると考えている。
|
| Strategy for Future Research Activity |
当初予期していなかったような重大な事案はなく、おおむね順調に進んでおり、研究計画の変更あるいは研究を遂行する上での問題点は特にない。
今後も研究計画に記載した各研究項目について、計画に即して研究を進めていく。
|
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
[Presentation] Formation of Nitrogen-Vacancy centers in nanodiamonds: Dependence on Size and Type2021
Author(s)
F. T.-K. So, A. I. Shames, D. Terada, T. Genjo, H. Morishita, I. Ohki, T. Ohshima, S. Onoda, H. Takashima, S. Takeuchi, E. Osawa, N. Mizuochi, R. Igarashi, M. Shirakawa, T. F. Segawa
Organizer
Joint conference of 22nd International Society of Magnetic Resonance Conference and 9th Asia-Pacific NMR Symposium
Int'l Joint Research
-
[Presentation] Room Temperature Hyperpolarization of Polycrystalline Samples with Optically Polarized Triplet Electrons2021
Author(s)
K. Miyanishi, T. F. Segawa, K. Takeda, I. Ohki, S. Onoda, T. Ohshima, H. Abe, H. Takashima, S. Takeuchi, A. I. Shames, K. Morita, Y. Wang, F. T.-K. So, D. Terada, R. Igarashi, A. Kagawa, M. Kitagawa, N. Mizuochi, M. Shirakawa, M. Negoro
Organizer
2021 Fall Materials Research Society (MRS) meeting
Int'l Joint Research
-
-
-
-
