2022 Fiscal Year Annual Research Report
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22J21401
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
小河 健介 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2022-04-22 – 2025-03-31
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| Keywords | ダイヤモンド空孔中心 / 量子センサ / スピン波 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究はダイヤモンド中の窒素空孔中心 (NVセンタ) のセンサ応用としての実験技術を開発しながら、様々な磁性体におけるダイナミクスの測定を行うことを目的としている。
昨年度は第一にNVセンタを含有するナノダイヤモンドを用いたロックインサーモグラフィー技術の開発を行った。NV センタは空間分解能の高い温度センサとして知られているものの、物性測定への応用例は少ない。そこで交流的な熱拡散を測定することで物質の熱拡散率を測定する手法を開発した。開発した手法をカバーガラス・テフロンに適応し、振幅・位相の空間分布による評価から物質による熱拡散率の違いがマイクロメートルスケールで観測できることを実証した。
第二にイットリウム・鉄・ガーネット (YIG) のコヒーレントスピン波測定を行った。準備としてNVセンタ広視野顕微鏡に関してパルスプロトコルを実装しマイクロメートルスケールでのマイクロ波の空間分布が高精度に測定できることを確認した。その後、開発したシステムで YIG スピン波によって周囲に生じるマイクロ波を検出しコヒーレントな表面スピン波の観測に成功した。また YIGスピン波によるマイクロ波を外部からのマイクロ波と干渉させることで、スピン波の位相を検出することが可能であることを実証し、そこから分散関係が導出可能であることを確認した。今後は開発した測定プロトコルを拡張し、マグノンの微視的なダイナミクスの可視化を行う予定である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
初年度に計画していたNVセンタを用いた熱拡散測定に関してはプロトコルの開発、実証ともに既に完了し、筆頭著者論文が JPSJ 誌に出版されるまで至ったため。また、2年目に行う予定であったスピン波のダイナミクス測定に関しても着手することができたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
前年度に引き続き、NVセンタを用いたスピン波測定を進める。第一にスピン波測定に必要となるマイクロ波のセンシングプロトコルの開発を行う。 NVセンタを用いたマイクロ波検出は現状 NV センタのエネルギー準位に共鳴する周波数のマイクロ波のみを検出しており、広帯域での測定を行うためには外部磁場を変調する必要がある。外部磁場を変えることは対象が磁性体など磁場依存性を持つ物質である場合侵襲的な測定になりかねない。そこでマイクロ波信号を広帯域で検出可能なプロトコルを開発し、原理実証を行う。その後、開発した手法を用いて、マグノンダイナミクスの可視化の研究を行う。具体的には典型的な磁性体であるイットリウム鉄ガーネット(YIG)に関して広視野、広帯域でのマグノンダイナミクスを NV センタで検出する。
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[Journal Article] Moeta Tsukamoto, Shuji Ito, Kensuke Ogawa, Yuto Ashida, Kento Sasaki, and Kensuke Kobayashi, Accurate magnetic field imaging using nanodiamond quantum sensors enhanced by machine learning2022
Author(s)
Moeta Tsukamoto, Shuji Ito, Kensuke Ogawa, Yuto Ashida, Kento Sasaki, and Kensuke Kobayashi
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Journal Title
Scientific Reports
Volume: 12
Pages: -
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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