2014 Fiscal Year Annual Research Report
室温大気下で動作する走査型ダイヤモンドナノ磁気顕微鏡の開発
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26706007
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| Research Institution | Osaka City University |
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Principal Investigator |
藤原 正澄 大阪市立大学, 複合先端研究機構, 特任助教 (30540190)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| Keywords | 走査プローブ顕微鏡 / 量子エレクトロニクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、１．数値計算によるデバイス構造の設計と製作、２．電子スピン位相緩和時間測定系の構築と緩和時間測定を目標に取り組んだ。
１．のシミュレーションでは、高性能計算機とそれと共に使用する時間領域差分法と有限要素法の計算ソフトウェアを導入した。研究内容として、特にナノ導波路とダイヤモンドナノ粒子中のNV中心の結合効率を様々な条件（ナノ粒子の大きさ、NV中心の位置、ダイポールモーメントの方向）で結合効率を計算し、詳細な電磁解解析を行う事に成功した。この成果は、光学会におけ最重要雑誌の一つである、Optics Express誌に掲載された。
また、これにより得た知見と、共同研究者との議論により新たな方向性のデバイス構造として、テーパファイバとダイヤモンド導波路デバイスを結合するアイデアを得た。共同研究者より、この構造を実際に提供して頂き、テーパファイバとの結合実験を行った。このデバイスではNV中心からの発光を、ダイヤモンドナノ粒子より高効率に検出する事が可能である。そのため、走査型磁気顕微鏡に応用した場合に、高い測定感度を実現すると期待される。得られた実験結果として、結合効率が20%以上という非常に良好な値が得られた。現在、詳細な追加実験を行っており、近いうちに論文投稿を行う予定である。
２．の電子スピン位相緩和時間測定系の構築に関しては、実際に磁気検出に応用するに当たって必要なスペック等の詳細を詰めるための機種選定作業や、実験の細かいノウハウを修得するための技術研修を独国フンボルト大学で行った。
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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
デバイスのシミュレーションに関しては予想以上の進展があった。年度途中で、研究代表者が研究機関を異動したために、装置の構築の一部を来年度に引き続き行う事となったが、共同研究先で、装置構築に関する細かいノウハウを修得する事ができたために、全体としては、おおむね順調に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度は、１．電子スピン位相緩和時間計測システムの構築を引き続き行う事と、２．走査型プローブ顕微鏡の探針への応用に特化した、テーパファイバ結合ダイヤモンドプローブの更なる結合効率の増大を目指す。
１．の電子スピン位相緩和時間計測システムの構築に関しては、今年度、研究機関を異動した事に伴い、これまで使用していた顕微鏡システムのうち、いくつかの装置を導入する必要が生じている。大きなものとして光学定盤の購入を早期に行う。他の必要光学部品の購入と合わせて、磁気計測顕微鏡システムの再稼働を可能な限り早期に実現する。位相緩和時間計測システムに関しては必要な備品購入は計画通り終了しており、システムを構築するのみである。これに関しても、昨年度、ドイツにおいて技術研修を行い、システムのノウハウを既に修得済みであり、十分実現可能である。
２．の探針への応用に特化したテーパファイバ結合ダイヤモンドプローブに関しては、昨年度、ダイヤモンド導波路とテーパファイバの結合を実現した。ここではダイヤモンド導波路を使用しているが、テーパファイバとのモードミスマッチの影響で結合効率が理論予測より低い。そこで、ダイヤモンド導波路の端を先鋭化する事で、モードミスマッチを減らし、結合効率の増大を目指す。また、顕微鏡応用における走査手法の変更を行う。当初は、探針であるテーパファイバ結合ダイヤモンドプローブを走査する予定であったが、デバイスの構造上、試料をスキャニングする手法に切り替える。そのため、ピエゾステージの導入を検討している。スキャニングのための位置フィードバックシステムは、経費節減のために自作する予定である。
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| Causes of Carryover |
大きな理由として、マイクロ波アンプの購入を見送った事があげられる。アンプは当初購入予定であったが、実際の実験系との相性により、慎重に機器を選定する必要が生じたため、購入を来年度に見送った。安価なアンプを購入し、当面は使用する予定である（50万円以上の購入予定備品として形状はしていない）。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
主に光学部品や電子部品などの消耗品の購入と旅費に当てる。代表者が研究機関を異動した事に伴い、これまで使用していた顕微鏡システムのうち、いくつかの装置を導入する必要が生じている。これに光学部品などが必要である。また、マイクロ波関連のケーブルやスイッチなど電子機器の消耗品を購入予定である。上述の安価なマイクロ波アンプも購入する。
旅費に関しては、特に共同研究のための議論および情報交換のために使用する。現在、予定している共同研究は、国内では産業技術総合研究所・首都大学東京・大阪大学であり、研究の進捗に合わせて複数回の出張を予定している。
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