| Project/Area Number |
21H04653
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Medium-sized Section 29:Applied condensed matter physics and related fields
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
水落 憲和 京都大学, 化学研究所, 教授 (00323311)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
白川 昌宏 京都大学, 工学研究科, 教授 (00202119)
大木 出 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 量子生命科学研究所, 主任研究員 (80418574)
徳田 規夫 金沢大学, ナノマテリアル研究所, 教授 (80462860)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥42,380,000 (Direct Cost: ¥32,600,000、Indirect Cost: ¥9,780,000)
Fiscal Year 2023: ¥12,870,000 (Direct Cost: ¥9,900,000、Indirect Cost: ¥2,970,000)
Fiscal Year 2022: ¥12,350,000 (Direct Cost: ¥9,500,000、Indirect Cost: ¥2,850,000)
Fiscal Year 2021: ¥17,160,000 (Direct Cost: ¥13,200,000、Indirect Cost: ¥3,960,000)
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| Keywords | 量子センシング / ダイヤモンド / 発光中心 / イメージング / ナノダイヤモンド / NV中心 / 量子センサ / NMR / バイオ計測 / NVセンタ / CVDダイヤモンド合成 / n型ダイヤモンド |
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| Outline of Research at the Start |
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。具体的には単一細胞レベルの微量な対象物における磁場、電場、温度などの更なる高感度計測、及び高空間分解計測を室温で実現する。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。
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和5年度は、核磁気共鳴（NMR）応用のための新たな量子センシング手法を考案した。窒素-空孔（NV）中心を用いたNMR計測の先行研究における手法の課題として、ヘテロダイン検波を元にしているものの、単相検波であることが挙げられる。単相検波では、基準周波数からのずれが測定値として得られ、高低どちらのずれかは原理的に不明である。そこで本研究では、受信機位相を任意に設定可能な量子測定手法を新たに考案した。これにより、NV中心を用いた極少量NMR(NV-NMR)において直交検波が可能となり、更に従来NMRにおいて使用される位相系手法のNV-NMR への導入が実現する。今回、交流磁場測定を行い、直交検波を実証した。また僅かな位相、振幅ずれによる誤差を修正する手法を導入して補正を検証した。更に、二次元NMRでの位相回しによるコヒーレンス選択を行い、シミュレーション結果と比較して期待通りの結果を得た。
また、本研究ではイメージングにも重要となるナノダイヤモンド（ND）の中でも、小粒径のNDを安価かつ大量に得られる爆轟法ND(DND)に注目し、DND中のNV中心、GeV中心を用いた温度センシングを実施した。結果の一つとして、独自に開発したDND中に、強く安定した光検出磁気共鳴信号を持つNV中心を多数計測することに成功した。これにより、NV中心を含むDNDでは初めて温度感度計測を実現した。これまでに温度感度が計測されたＮＤの最小粒径は、NV中心を含むもので約50nmであった。細胞核等の細胞小器官への導入には粒径30nm以下が望まれていたが、本研究で用いたDNDは透過型電子顕微鏡による粒径分布からDNDの平均粒径は11.2 nmと確認し、温度感度を計測したダイヤモンドセンサとして世界最小径である。感度測定では, DNDの凝集体で0.36 K/(Hz)1/2と確認された。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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