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固体発光体結合共振器を用いた超放射に関する研究

研究課題

研究課題/領域番号 19K03686
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
審査区分 小区分13020:半導体、光物性および原子物理関連
研究機関京都大学

研究代表者

高島 秀聡  京都大学, 工学研究科, 助教 (00432162)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2021年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2020年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2019年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
キーワードナノ光ファイバ / ダイヤモンド / 窒素欠陥中心 / NV中心 / 微小共振器 / 高Q値 / ナノダイヤモンド / 単一分子分光
研究開始時の研究の概要

Dickeにより最初に提案された超放射は、実現が最も困難な研究課題のひとつである。本研究では、この超放射を実現するため、申請者らが開発した光共振器である、ナノ光ファイバブラッグ共振器を用いる。そして、ナノ光ファイバブラッグ共振器を用いて、ダイヤモンド中の窒素欠陥中心の自然放出を増強させることで、超放射の実現をめざす。
これにより、安定な固体デバイスによる、超放射レーザーや多光子もつれ光子源などの開発が期待できる。

研究成果の概要

近年、量子コンピュータや量子計測などへの応用をめざし、複数の光子をもつれ合わせた多光子もつれ光子源の実現が期待されている。この光源への応用をめざし、本研究では、ヘリウムイオン顕微鏡を用いてナノ光ファイバブラッグ共振器(NFBC)を開発すると共に、極低温下でのナノダイヤモンド中の窒素欠陥(NV)中心の評価を行った。
その結果、ヘリウムイオン顕微鏡を用いることで、従来よりも16倍以上Q値を向上させたNFBCの開発に成功した。また、極低温(7 K)でナノダイヤモンド中のNV中心の光学特性評価を行い、通常のNV中心よりも発光寿命が短いNV中心を含むナノダイヤモンドを発見した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究で開発された高Q値NFBCに単一発光体を結合させたハイブリッドデバイスを開発すると、量子暗号通信や光子を用いた量子コンピューターなどの実現に不可欠な高効率単一光子源の実現が期待できる。また、本研究で得られたシリコン欠陥中心内包極微ナノダイヤモンドは、単一光子源などへの応用に加え、近赤外域での新しいバイオマーカーやナノスケールの温度センサーなどへも応用できうる。これらのことから、本研究成果は、量子科学からライフサイエンスまで幅広い研究分野に影響を与えうる成果だと考えられる。

報告書

(4件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (21件)

すべて 2022 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 4件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (13件) (うち国際学会 3件、 招待講演 2件)

  • [雑誌論文] Hybrid device of hexagonal boron nitride nanoflakes with defect centres and a nano-fibre Bragg cavity2022

    • 著者名/発表者名
      Tashima Toshiyuki、Takashima Hideaki、Schell Andreas W.、Tran Toan Trong、Aharonovich Igor、Takeuchi Shigeki
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 12 号: 1 ページ: 1-7

    • DOI

      10.1038/s41598-021-03703-z

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Creation of silicon vacancy color centers with a narrow emission line in nanodiamonds by ion implantation2021

    • 著者名/発表者名
      Takashima Hideaki、Fukuda Atsushi、Shimazaki Konosuke、Iwabata Yusuke、Kawaguchi Hiroki、Schell Andreas W.、Tashima Toshiyuki、Abe Hiroshi、Onoda Shinobu、Ohshima Takeshi、Takeuchi Shigeki
    • 雑誌名

      Optical Materials Express

      巻: 11 号: 7 ページ: 1978-1978

    • DOI

      10.1364/ome.424786

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Fabrication of Detonation Nanodiamonds Containing Silicon‐Vacancy Color Centers by High Temperature Annealing2021

    • 著者名/発表者名
      Shimazaki Konosuke、Kawaguchi Hiroki、Takashima Hideaki、Segawa Takuya Fabian、So Frederick T.-K.、Terada Daiki、Onoda Shinobu、Ohshima Takeshi、Shirakawa Masahiro、Takeuchi Shigeki
    • 雑誌名

      physica status solidi (a)

      巻: 218 号: 19 ページ: 2100144-2100144

    • DOI

      10.1002/pssa.202100144

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Frequency correlated photon generation at telecom band using silicon nitride ring cavities2021

    • 著者名/発表者名
      Yin Zhenghao、Sugiura Kenta、Takashima Hideaki、Okamoto Ryo、Qiu Feng、Yokoyama Shiyoshi、Takeuchi Shigeki
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 29 号: 4 ページ: 4821-4821

    • DOI

      10.1364/oe.416165

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 新規室温動作単一光子源:六方晶窒化ホウ素中の単一欠陥中心2021

    • 著者名/発表者名
      高島秀聡、竹内繁樹
    • 雑誌名

      NEW DIAMOND

      巻: 37 ページ: 17-20

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Identification of the orientation of a single NV center in a nanodiamond using a three-dimensionally controlled magnetic field2020

    • 著者名/発表者名
      Fukushige Kazuki、Kawaguchi Hiroki、Shimazaki Konosuke、Tashima Toshiyuki、Takashima Hideaki、Takeuchi Shigeki
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 116 号: 26 ページ: 264002-264002

    • DOI

      10.1063/5.0009698

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Determination of the Dipole Orientation of Single Defects in Hexagonal Boron Nitride2020

    • 著者名/発表者名
      Takashima Hideaki、Maruya Hironaga、Ishihara Keita、Tashima Toshiyuki、Shimazaki Konosuke、Schell Andreas W.、Tran Toan Trong、Aharonovich Igor、Takeuchi Shigeki
    • 雑誌名

      ACS Photonics

      巻: 7 号: 8 ページ: 2056-2063

    • DOI

      10.1021/acsphotonics.0c00405

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Direct optical excitation of an NV center via a nanofiber Bragg-cavity: a theoretical simulation2019

    • 著者名/発表者名
      Tashima Toshiyuki、Takashima Hideaki、Takeuchi Shigeki
    • 雑誌名

      Optics Express

      巻: 27 号: 19 ページ: 27009-27009

    • DOI

      10.1364/oe.27.027009

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 極微ナノダイヤモンド中へのSiVセンターの作製2021

    • 著者名/発表者名
      嶋崎幸之介、川口洋生、高島秀聡、Takuya F. Segawa, Frederick T.-K. So, 寺田大紀、小野田忍、大島武、白川昌宏、竹内繁樹
    • 学会等名
      第44回量子情報技術研究会(QIT44)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Fabrication of nanofiber Bragg cavities using a Neon ion beam2020

    • 著者名/発表者名
      Hideaki Takashima, Hiroki Kawaguchi, Konosuke Shimazaki, Toshiyuki Tashima, and Shigeki Takeuchi
    • 学会等名
      2020年 第81回 応用物理学会 秋季学術講演会(オンライン)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ナノダイヤモンド中の窒素欠陥中心におけるラビ振動の測定2020

    • 著者名/発表者名
      川口洋生,福重一樹,田嶌俊之, 高島秀聡,竹内繁樹
    • 学会等名
      2020年 第81回 応用物理学会 秋季学術講演会(オンライン)
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] NFBC結合ダイヤモンド中心のファイバ経由光励起・検出の実現2020

    • 著者名/発表者名
      田嶌俊之、 高島秀聡 、竹内繁樹
    • 学会等名
      日本物理学会2020年年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Fabrication of nanofiber Bragg cavity with lower acceleration voltage to avoid process damage2020

    • 著者名/発表者名
      Hideaki Takashima, Atsushi Fukuda, Hiroki Kawaguchi, Kazuki Fukushige, Konosuke Shimazaki, Toshiyuki Tashima, and Shigeki Takeuchi
    • 学会等名
      第67回応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] hBN 欠陥中心とナノファイバブラック共振器のカップリング実験2019

    • 著者名/発表者名
      田嶌俊之、 高島秀聡 、Andreas W. Schell、 Toan Trong Tran、Igor Aharonovich、竹内繁樹
    • 学会等名
      2019年日本物理学会秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Fabrication of nanofiber Bragg cavity with high Q factor using a He ion microscope2019

    • 著者名/発表者名
      Hideaki.Takashima, Atsushi Fukuda, Toshiyuki Tashima, Andreas W. Schell, and Shigeki Takeuchi
    • 学会等名
      第38回電子材料シンポジウム 2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] Fabrication of high-Q factor nanofiber Bragg cavity using a helium ion microscope2019

    • 著者名/発表者名
      Hideaki Takashima, Atsushi Fukuda, Hironaga Maruya, Toshiyuki Tashima, Andreas W. Schell, and Shigeki Takeuchi
    • 学会等名
      AVS 66th ISE 2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Determination of the dipole orientation of a single defect in hexagonal boron nitride using vector beam2019

    • 著者名/発表者名
      Hideaki Takashima, Keita Ishihara, Hironaga Maruya, Toshiyuki Tashima, Andreas Schell, Toan. T. Tran, Igor Aharonovich and Shigeki Takeuchi
    • 学会等名
      Cleo/Europe-EQEC 2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Enhanced direct optical excitation of an NV center via Nanofiber Bragg-cavity : A numerical simulation2019

    • 著者名/発表者名
      Toshiyuki Tashima, Hideaki Takashima and Shigeki Takeuchi
    • 学会等名
      Cleo/Europe-EQEC 2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] hBN 欠陥中心とナノファイバブラック共振器のカップリング実験2019

    • 著者名/発表者名
      田嶌俊之、 高島 聡 、Andreas Schell、Toan T. Tran、Igor Aharonovich、竹内繁樹
    • 学会等名
      2019年日本物理学会秋季大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 3次元磁場制御によるナノ ダイヤモンド中単一窒素欠陥中心の軸方向同定2019

    • 著者名/発表者名
      福重一樹, 川口洋生, 田嶌俊之, 高島秀聡 , 竹内繁樹
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 六方晶窒化ホウ素中の単一結晶欠陥の双極子方向解析2019

    • 著者名/発表者名
      高島秀聡,石原奎太, 丸谷浩永, 田嶌俊之, 野原紗季, 岡本亮, Andreas Schell, Toan Trong Tran, Igor Aharonovich, 竹内繁樹
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2023-01-30  

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