2021 Fiscal Year Research-status Report
超高真空・極低温下で動作する走査ダイヤモンドNV中心プローブの開発
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21K04878
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| Research Institution | Japan Advanced Institute of Science and Technology |
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Principal Investigator |
林 都隆 北陸先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 研究員 (60836857)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 走査プローブ顕微鏡 / ダイヤモンドNV中心 / 局所磁場計測・イメージング / 超高真空・極低温 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまでに開発した原子間力顕微鏡(AFM)機構とFPGA統合コントローラ及びLabVIEWによる制御プログラム、超高真空・極低温下で動作可能な搬送型の走査ダイヤモンドNV(窒素―空孔複合体)中心プローブとマイクロ波印加が可能な搬送型試料ホルダー機構を用いて、先ず、室温・大気中にて磁気構造イメージングの分解能向上に取り組んだ。
アダマンド並木精密宝石により提供された、直径約4μm、長さ数百μmのダイヤモンドピラーを走査ダイヤモンドNV中心プローブに応用した。先ず、ダイヤモンドピラーに窒素イオン注入と加熱処理によってNV中心を生成した後、集束イオンビーム(FIB)加工により先端径を約１μmに先鋭化し、水晶振動子型のAFMプローブとして動作するタングステン線の先端に取り付けて走査ダイヤモンドNV中心プローブとして用いた。
計測時のダイヤモンドプローブ先端のNV中心の熱ドリフトの影響を補正するため、ガルバノミラー機構によるトラッキング制御によって、レーザー位置のプローブ先端位置への修正を一定時間間隔で行った。
観察する試料にはガリウムヒ素基板上に作製したコバルト鉄（CoFe）薄膜のマイクロメートルスケールの島構造（膜厚50及び140 nm）を用い、AFM制御によりトポグラフ像を取得しながらNV中心からの光学的磁気共鳴（ODMR）スペクトルをマッピングし、磁気構造の空間分布に依存した漏洩磁場による磁気イメージングに成功した。この際、試料基板背面に磁石を配置して試料面に対し垂直方向に磁場を印加してゼーマン分裂により複数のODMRが分離した状態で計測を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
先ず、ダイヤモンドNV中心プローブの開発とその評価に注力するため、室温・大気中の環境下でのプローブ評価を行った。この結果、ダイヤモンドNV中心プローブの開発には成功したが、当初の予定であった、超高真空・極低温環境下での走査ダイヤモンドNV中心プローブ動作の実現に関する研究は遅延が生じたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
開発中の超高真空・極低温で動作する走査ダイヤモンドNV中心プローブにおいて室温・大気中でのプローブの作成法の確立、磁性試料の磁気イメージング手法に成功している。
これより、今後、早急に超高真空・極低温環境を整備して、超高真空環境下での清浄な試料表面でのNV中心プローブによる磁気・スピン計測、極低温環境下でのスピン、超伝導体等の計測に向けて注力する。特に、水晶振動子型AFM機構で原子分解能観察をしながらNV中心プローブによる磁気イメージングを実証し、原子レベルでのスピン計測手法としての有用性を実証したい。
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Research Products
(17 results)
