ダイヤモンド表面近傍のNV中心と外部核スピン集団との量子コヒーレント結合

2018 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 17K14079
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: ナノ構造物理
• 研究機関: 国立研究開発法人産業技術総合研究所
• 研究代表者: 石川 豊史 国立研究開発法人産業技術総合研究所, エレクトロニクス・製造領域, 研究員 (00717746)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 量子センシング / ダイヤモンド / 量子情報処理 / 固体物性

研究成果の概要

量子センシングによる原子スケールでの核スピン検出の実装において、ダイヤモンド中の窒素-空孔発光中心（NV 中心）が強い関心を集めている。例えば、生体高分子の NMR 構造解析などの応用に向けて、磁場検出感度を格段に向上するなどである。当研究課題は、NV中心と外部核スピン集団の量子コヒーレント結合を用いて核スピン検出の高速化、高効率化を目指した研究課題である。その成果として、NV中心に対して、その対称軸に平行に、核スピンとNV中心の共鳴周波数差と一致する周波数のマイクロ波を印加することで、マイクロ波振幅によって結合のオン・オフが可能な量子コヒーレント結合を提案するに至った。

自由記述の分野

量子情報処理

研究成果の学術的意義や社会的意義

量子センシングによる原子スケールでの核スピン検出は創薬分野だけでなく、プレシジョンメディシンや微小量の病原体の早期発見の診断技術としても注目を集めている。しかし、その実用に向けては核スピン検出の高速化が、原理、デバイス、データ処理の様々な面から必要である。本研究課題は測定原理の視点から微小領域の核スピン検出の高速化を試みたものであり、その成果は核スピン検出の高効率化のための基礎となり得る。