| 研究課題/領域番号 |
20K14392
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
小区分13020:半導体、光物性および原子物理関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 |
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研究代表者 |
増山 雄太 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 量子機能創製研究センター, 主任研究員 (00814790)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2022年度)
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| 配分額 *注記 |
3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円)
2021年度: 520千円 (直接経費: 400千円、間接経費: 120千円)
2020年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
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| キーワード | 量子センサー / NVセンター / 磁性ナノ粒子 / ダイヤモンド / 量子センシング |
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| 研究開始時の研究の概要 |
近年、患者の負担が少ない、微量の磁性粒子を用いた医療応用技術が開発され始めている。特に、がん転移の位置特定の場合、体内に注入した磁性粒子の微小な磁場信号を計測し、その位置や量を評価する。従来、微小な磁場信号を計測するには、高価で大型な冷凍機や磁気シールドルームを用いた高感度なセンサーを要することが、この技術の普及の課題であった。本研究では、冷凍機や磁気シールドルームを用いないダイヤモンド量子センサーにより、生体内に注入した微量の磁性粒子を検出する手法を開発する。
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は、ダイヤモンド量子センサにより、生体内に注入した微量の磁性粒子を検出する手法を開発することである。近年、磁性粒子の医療応用が実用化され始めており、体内に注入した磁性粒子が期待した位置へ集積する量などを検出する必要が生じている。磁性粒子の位置特定のためには、高感度な磁気センサが必要である。しかし、従来の冷凍機を用いた超伝導磁気センサ（SQUID）などは大型で高価なため、技術普及・発展の妨げとなる。そこで、室温・磁気シールドレスで動作する小型なダイヤモンド量子センサを用いた手法を開発する。
2022年度は、ダイヤモンド量子センサーの高感度化に必要な、ダイヤモンド中のNVセンターの評価システムの構築および数値計算を行った。具体的には、従来一般的に使われている共焦点顕微鏡システムよりも高速に材料評価を可能にする装置系を設計・構築した（特願2022-163487、論文投稿中：YM et al. arXiv:2301.12441）。このシステムは従来困難でありかつ量子センサー応用に不可欠な、量子特性の均一性などを評価することが可能であり、今後のダイヤモンド量子センサーの材料評価の中心的な装置となると考えられる。また、NVセンターで検出するための予備実験として、磁性粒子を励振・電気的に検出するシステムを構築し、磁性粒子の応答磁場の高調波成分の検出に成功した。高調波成分を励振できる条件が判明したので、次年度その条件において、NVセンターでの検出を試みる。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
コロナ渦の状況において、制御システムに必要な装置の故障修理が進まず、遅延が生じた。そのため、ダイヤモンド量子センサーの高感度化の重要な要素である材料部分の特性の評価・改善を集中的に行った。高速に材料評価を可能にする装置系を設計・構築することに成功し、特許申請を行い、論文を投稿した。また、その評価装置を用いての、優れた量子センサーを作るために必要な情報であるダイヤモンドNVセンターのデコヒーレンス源の研究についての成果で共著論文が出版された(S.Ishii, YM et al.,J. Appl. Phys.132, 214402 (2022))。
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| 今後の研究の推進方策 |
遅延の原因となった装置故障の問題の解決と並行して、代替の機器を手配した。その装置がこれまで使用していた制御システムの中で、同様に動作するようにする。そして、そのシステムを含めて、磁性粒子を励振するシステムとダイヤモンド量子センサーを組み合わせる。具体的には、磁性粒子を励振するシステムでの信号検出をピックアップコイルで最適化した後に、量子センサーの位置決めを行い、最適な構成を決定する。さらに、ダイヤモンド量子センサの量子制御シーケンスの最適化を行い、磁性粒子から発せられる磁場の高調波信号の高感度検出を可能にすることで、磁性粒子の検出を実現させる。
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