ダイヤモンドで可視化する高エネルギーイオン飛跡の超高空間分解能像

• 研究課題/領域番号: 26420877
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 原子力学
• 研究機関: 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 (2016); 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構 (2014-2015)
• 研究代表者: 小野田 忍 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 先端機能材料研究部, 主幹研究員(定常) (30414569)
• 連携研究者: 寺地 徳之 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 光・電子材料ユニット, 主任研究員 (50332747)
• 研究協力者: 春山 盛善 ; 立見 和雅
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2016年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2015年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2014年度: 2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
• キーワード: NVセンター / イオン飛跡検出器 / ダイヤモンド

研究成果の概要

ダイヤモンドを蛍光飛跡検出器（FNTD）として利用できるか検証した。測定原理は次の通りである。ダイヤモンドに重イオンを照射すると原子空孔が形成される。熱処理すると原子空孔が窒素不純物と結合し、窒素・空孔（NVセンター）となる。NVセンターはたった1つでも検出可能なため、高感度に飛跡を検出することが可能となる。実験結果から、数十～数百ppbの窒素不純物を持つダイヤモンドを高温（1200℃）かつ短時間（10分）で熱処理すると、最も効率よく飛跡検出ができると結論づけた。誘導放出制御（STED）を用いて回折限界を超える分解能で飛跡を観察することに成功し、超高空間分解能を有するFNTDを実現できた。

研究成果

• [国際共同研究] Ulm University/Max Planck Institute(ドイツ)
• [雑誌論文] ダイヤモンドを母材とした蛍光飛跡検出器開発 (2016)
  • 著者名/発表者名: 春山盛善、小野田忍、加田渉、寺地徳之、磯谷順一、大島武、花泉修
  • 雑誌名: 放射線 巻: 42 ページ: 91-96
  • 謝辞記載あり
• [雑誌論文] New application of NV centers in CVD diamonds as a fluorescent nuclear track detector (2015)
  • 著者名/発表者名: Shinobu Onoda, Moriyoshi Haruyama, Tokuyuki Teraji, Junichi Isoya, Wataru Kada, Osamu Hanaizumi, Takeshi Ohshima
  • 雑誌名: Physica Status Solidi A 巻: 212 号: 11 ページ: 2641-2644
  • DOI: 10.1002/pssa.201532219
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Optimization of annealing temperature and time for creation of (2017)
  • 著者名/発表者名: Shinobu Onoda、Kazumasa Tatsumi、Moriyoshi Haruyama、Tokuyuki Teraji、Junichi Isoya、Hayate Yamano、Hiroshi Kawarada、Wataru Kada、Osamu Hanaizumi、Takeshi Ohshima
  • 学会等名: 11th Conference on New Diamond and Nano Carbons
  • 発表場所: Cairns(Australia)
  • 年月日: 2017-05-28
  • 国際学会
• [学会発表] イオン注入による原子空孔の形成とNVセンターへの変換効率 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小野田忍、立見和雅、春山盛善、寺地徳之、磯谷順一、山田圭介、谷井孝至、川原田洋、品田高宏、加田渉、花泉修、大島武
  • 学会等名: 第64回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県、横浜市）
  • 年月日: 2017-03-14
• [学会発表] ダイヤモンド蛍光飛跡検出器におけるNVセンター形成効率の窒素濃度依存性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 立見和雅、春山盛善、小野田忍、寺地徳之、磯谷順一、加田渉、大島武、花泉修
  • 学会等名: 第64回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: パシフィコ横浜（神奈川県、横浜市）
  • 年月日: 2017-03-14
• [学会発表] Diffusion of vacancies created by high energy heavy ion strike into diamond (2017)
  • 著者名/発表者名: Shinobu Onoda、Kazumasa Tatsumi、Moriyoshi Haruyama、Tokuyuki Teraji、Junichi Isoya、Wataru Kada、Takeshi Ohshima、Osamu Hanaizumi
  • 学会等名: Hasselt Diamond Workshop 2017 - SBDD XXII
  • 発表場所: Hasselt (Belgium)
  • 年月日: 2017-03-08
  • 国際学会
• [学会発表] ダイヤモンド中における単一電子スピンの光検出磁気共鳴測定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小野田忍
  • 学会等名: 先端放射線化学シンポジウム
  • 発表場所: 大阪大学産業技術研究所（大阪府、豊中市）
• [学会発表] Dependence of Annealing Conditions on Creation Efficiency of NV Center in Single Crystalline Diamond (2016)
  • 著者名/発表者名: Kazumasa Tatsumi、Moriyoshi Haruyama、Yoshinori Suda、Shinobu Onoda、Tokuyuki Teraji、Junichi Isoya、Wataru Kada、Takeshi Ohshima、Osamu Hanaizumi
  • 学会等名: 12th International Workshop on Ionizing Radiation Monitoring
  • 発表場所: テクノル・コンベンションセンター（茨城県、大洗町）
  • 年月日: 2016-12-03
  • 国際学会
• [学会発表] ミリ秒を超えるコヒーレンス時間を実現するための熱処理条件の最適化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小野田忍、立見和雅、春山盛善、寺地徳之、磯谷順一、山野颯、川原田洋、加田渉、花泉修、 大島武
  • 学会等名: 第３０回 ダイヤモンドシンポジウム
  • 発表場所: 東京大学駒場リサーチキャンパス（東京都、目黒区）
  • 年月日: 2016-11-16
• [学会発表] プロトンビームライティングによるSiC 中へのシリコン空孔の形成 (2016)
  • 著者名/発表者名: 本多智也、Kraus Hannes、加田渉、小野田忍、春山盛善、佐藤隆博、江夏昌志、神谷富裕、川端駿介、三浦健太、花泉修、土方泰斗、大島武
  • 学会等名: 先進パワー半導体分科会 第３回講演会
  • 発表場所: つくば国際会議場（茨城県、つくば市）
  • 年月日: 2016-11-08
• [学会発表] イオン飛跡に沿って形成されるNVセンターのスピン特性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小野田忍、立見和雅、春山盛善、寺地徳之、磯谷順一、山野颯、川原田洋、加田渉、花泉修、大島武
  • 学会等名: 第77回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 朱鷺メッセ（新潟県、新潟市）
  • 年月日: 2016-09-13
• [学会発表] ダイヤモンドに入射した高エネルギー重イオンの飛跡検出 (2016)
  • 著者名/発表者名: 佐藤真一郎, 春山盛善, 小野田忍, 寺地徳之, 磯谷順一, 加田渉, 大島武, 花泉修
  • 学会等名: 物理学会第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学泉キャンパス（宮城・仙台）
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] 量子ビームを活用したダイヤモンド中のカラーセンター形成技術の現状 (2016)
  • 著者名/発表者名: 小野田忍, 春山盛善, 寺地徳之, 磯谷順一, 小池悟大, 東又格, 稲葉優文, 山野楓, 加藤かなみ, Christoph Mumller, Liam McGuinness, Priyadharshini Balasubramanian, Boris Naydenov, Fedor Jelezko, 佐藤真一郎, 大島武, 加田渉, 花泉修, 谷井孝至, 川原田洋
  • 学会等名: 物理学会第71回年次大会
  • 発表場所: 東北学院大学泉キャンパス（宮城・仙台）
  • 年月日: 2016-03-19
  • 招待講演
• [学会発表] NV センターの形成効率の熱処理温度依存性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 春山盛善, 小野田忍, 立見和雅, 寺地徳之, 磯谷順一, 加田渉, 大島武, 花泉修
  • 学会等名: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東京工業大学大岡山キャンパス(東京・目黒区）
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] ダイヤモンド蛍光飛跡検出器のイオン種依存性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 立見和雅, 春山盛善, 小野田忍, 寺地徳之, 磯谷順一, 加田渉, 大島武, 花泉修
  • 学会等名: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東京工業大学大岡山キャンパス(東京・目黒区）
  • 年月日: 2016-03-19
• [学会発表] Evaluation of Annealing Dependencies of Creation Efficiency of Nitrogen-Vacancy (NV) Centers in Single-Crystalline Diamond (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshinori Suda、Kazumasa Tatsumi、Moriyoshi Haruyama、Shinobu Onoda、Tokuyuki Teraji、Junichi Isoya、Wataru Kada、Takeshi Ohshima、Osamu Hanaizumi
  • 学会等名: 3rd International Symposium of Gunma University Medical Innovation and 8th International Conference on Advanced Micro-Device Engineering, Gunma University Medical Innovation
  • 発表場所: Kiryu City Performing Arts Center （群馬県、桐生市）
  • 国際学会
• [学会発表] keV からサブGeV のイオン注入を用いて形成したNV センターの特性評価 (2015)
  • 著者名/発表者名: 小野田忍, 春山盛善, 寺地徳之, 磯谷順一, C. Mumller, L. McGuinness, P. Balasubramanian, B. Naydenov, F. Jelezko, 小池悟大, 東又格, 稲葉優文, 大島武, 加田渉, 花泉修, 谷井孝至, 川原田洋
  • 学会等名: 第29回ダイヤモンドシンポジウム
  • 発表場所: 東京理科大学葛飾キャンパス（東京・葛飾区）
  • 年月日: 2015-11-17
• [学会発表] NV Centers in Diamond Used for Detection of Single Ion Track (2015)
  • 著者名/発表者名: Moriyoshi Haruyama, Shinobu Onoda, Wataru Kada, Tokuyuki Teraji, Junichi Isoya, Takeshi Ohshima, Osamu Hanaizumi
  • 学会等名: The 11th International Workshop on Radiation Effects on Semiconductor Devices for Space Applications (11th RASEDA)
  • 発表場所: City Performing Arts Center (Gunma・Kiryu)
  • 年月日: 2015-11-11
  • 国際学会
• [学会発表] 重イオン照射を用いたNVセンター形成条件の最適化 (2015)
  • 著者名/発表者名: 春山盛善, 小野田忍, 寺地徳之, 磯谷順一, 加田渉, 大島武, 花泉修
  • 学会等名: 第76回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場（愛知・名古屋）
  • 年月日: 2015-09-13
• [学会発表] NV center utilized as a tool for radiation sensors (2015)
  • 著者名/発表者名: Shinobu Onoda, Moriyoshi Haruyama, Tokuyuki Teraji, Junichi Isoya, Wataru Kada, Osamu Hanaizumi, Takeshi Ohshima
  • 学会等名: Diamond Quantum Sensing Workshop
  • 発表場所: Kagawa International Conference Hall (Kagawa・Takamatsu)
  • 年月日: 2015-08-05
  • 国際学会
• [学会発表] ダイヤモンド中のNVセンターを利用した高エネルギー重イオン飛跡検出の原理実証 (2015)
  • 著者名/発表者名: 春山盛善、小野田忍、寺地徳之、磯谷順一、加田渉、大島武、花泉修
  • 学会等名: 第29回 固体飛跡検出器研究会
  • 発表場所: 日本、福井県、敦賀市、福井大学附属国際原子力工学研究所（敦賀キャンパス）
  • 年月日: 2015-03-30
• [学会発表] CVD合成ダイヤモンドを用いた高エネルギー重イオン飛跡の検出 (2015)
  • 著者名/発表者名: 春山盛善、小野田忍、寺地徳之、磯谷順一、加田渉、大島武、花泉修
  • 学会等名: 第62回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 日本、神奈川県、平塚市、東海大学湘南キャンパス
  • 年月日: 2015-03-11 – 2015-03-14
• [学会発表] New Application of NV Centers in CVD Diamonds as a Fluorescent Nuclear Track Detector (2015)
  • 著者名/発表者名: Moriyoshi Haruyama, Shinobu Onoda, Tokuyuki Teraji, Junichi Isoya, Wataru Kada, Osamu Hanaizumi, Takeshi Ohshima
  • 学会等名: Hasselt Diamond workshop 2015 - SBDD XX
  • 発表場所: Belgium, Hasselt, Cultureel centrum Hasselt
  • 年月日: 2015-02-25 – 2015-02-27
• [学会発表] Optically Detected Particle Track in High Purity Diamond (2014)
  • 著者名/発表者名: Shinobu Onoda, Moriyoshi Haruyama, Wataru Kada, Osamu Hanaizumi, Takeshi Ohshima
  • 学会等名: the 2014 Conference on Optoelectronic and Microelectronic Materials and Devices (COMMAD)
  • 発表場所: Australia, Western Australia, Perth, The University Western Australia
  • 年月日: 2014-12-14 – 2014-12-17
• [学会発表] イオンビームや電子線を活用した NVセンターの形成技術 (2014)
  • 著者名/発表者名: 小野田忍
  • 学会等名: 第57回 自動制御連合講演会
  • 発表場所: 日本、群馬県、渋川市、伊香保 ホテル天坊
  • 年月日: 2014-11-10 – 2014-11-12
• [学会発表] 高エネルギー重イオン照射により形成されたダイヤモンド中のイオン飛跡の検出 (2014)
  • 著者名/発表者名: 春山盛善、小野田忍、磯谷順一、加田渉、花泉修、大島武
  • 学会等名: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 日本、北海道、札幌市、北海道大学札幌キャンパス
  • 年月日: 2014-09-17 – 2014-09-20
• [学会発表] Visualization of Ion Track Using Nitrogen Vacancy Color Centers in Diamond (2014)
  • 著者名/発表者名: Shinobu Onoda, Takeshi Ohshima, Tokuyuki Teraji, Fedor Jelezko, Junichi Isoya, Hisayoshi Itoh
  • 学会等名: International Union of Materials Research Societies The IUMRS International Conference in Asia 2014
  • 発表場所: Japan, Fukuoka, Fuoka, Fukuoka University
  • 年月日: 2014-08-24 – 2014-08-30
• [学会発表] イオン打ち込みによるNVセンター制御 (2014)
  • 著者名/発表者名: 小野田忍
  • 学会等名: ダイヤモンドフォーラム 平成26年度第一回研究会
  • 発表場所: 日本、東京、目黒区、東京工業大学大岡山キャンパス石川台3号館
  • 年月日: 2014-06-25
  • 招待講演