Development of new physical methods for forming single photon sources in nanodiamond films

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K18830
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 26:Materials engineering and related fields
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: Yoshitake Tsuyoshi 九州大学, 総合理工学研究院, 教授 (40284541)
• Project Period (FY): 2021-07-09 – 2024-03-31
• Keywords: ダイヤモンド / カラーセンター / NVセンター / ナノダイヤモンド / 物理気相成長法 / 同軸型アークプラズマ堆積法

Outline of Final Research Achievements

In this study, we aim to create a new physical method for the formation of single photon sources in nanodiamond films. Optimization of the process during film fabrication resulted in the emission of NV centers across the entire surface of the film. This was evaluated using confocal microscopy, photoluminescence, and ODMR methods. In addition to these measurements, NV centers were formed by electron beam irradiation of NCD thin films deposited on diamond substrates. The presence of nanodiamonds in the NDC films was further evaluated using visible/UV RAMAN spectroscopy, suggesting that the nanodiamond films formed by the CAPD method are extremely affected by the presence of amorphous carbon. It is necessary to reduce amorphous carbon to the utmost limit and to improve the quality of nanodiamond crystals.

Free Research Field

応用物理

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

ダイヤモンド格子中のNVセンターをはじめとする単一光子源は、世界各国で国家プロジェクトが走っている状況である。その一方でその形成方法は既存の半導体に使われてきた技術で行われており、方法としては特に目新しいものはない。本研究はこれまでにない全く新しい方法によりNVセンターの形成を試みたものである。低温成長、大面積、高密度のメリットがあり、一方で同じに形成させるアモルファスカーボンの低減およびダイヤモンド結晶の結晶性の向上が課題となった。今後の研究により、全く新しいNVセンター形成法としてを大きく展開できる可能性を秘める。