| 研究課題/領域番号 |
19K03686
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
高島 秀聡 京都大学, 工学研究科, 助教 (00432162)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 高Q値 / NV中心 / ナノ光ファイバ / 微小共振器 |
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| 研究実績の概要 |
近年、量子コンピュータや古典限界を超える感度を持つ量子計測などへの応用をめざし、固体による、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。この光子源を実現する方法のひとつが、固体発光体による超放射である。しかし、これは、実現が最も困難な研究課題のひとつであった。
本研究では、固体発光体での超放射を実現するため、申請者らが開発した、ナノ光ファイバブラッグ共振器（NFBC）を用いる。そして、NFBCにより、固体発光体であるナノダイヤモンド中の窒素欠陥（NV）中心の発光を増強させ、超放射の実現をめざす。
令和2年度は、ナノダイヤモンドを結合させるためのNFBCの開発を目指した。ガリウムイオンを用いた集束イオンビーム装置を用いた場合にNFBCの高Q値化が困難な問題を解決するため、令和元年度はヘリウムイオン顕微鏡によるNFBCの開発に取り組んだいた。これにより、NFBCの高Q値化や設計通りの周期での加工が可能になった。しかし、詳細に検討していくと、ヘリウムイオン顕微鏡で加工した場合、想定した深さでの加工が行われていないこと、一方で、NFBCが非常にもろくなるということがわかった。この問題を解決するため、ネオンイオンビームを用いたNFBCの開発に取り組んだ。
また、関連する研究として、ナノダイヤモンドの光学特性を評価したところ、従来のNV中心とは異なり、波長740 nm付近で、発光線幅が細い発光を観測することに成功した。
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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
近年、量子コンピュータや古典限界を超える感度を持つ量子計測などへの応用をめざした研究が精力的に進められている。そのための光源のひとつが、複数の光子をもつれ合わせた多光子もつれ光子源である。本研究では、この光源への応用を目指し、NV中心含有ナノダイヤモンド結合NFBCを用いた超放射発生に着目した。
超放射の実現にむけ、令和二年度も、NFBCの開発を目指した。しかし、当初の予定とことなり、ヘリウムイオン顕微鏡を用いた場合、想定通りの加工が行えていないことと、NFBCが非常にもろくなるため、ナノダイヤモンドを結合させることが困難ということがわかった。この問題を解決するため、ヘリウムイオン顕微鏡の代わりに、ネオンイオンビームを用いた微細加工に切り替えてため、当初の予定よりも研究の進捗が遅れることとなった。
また、当初の予定では、NV中心含有ナノダイヤモンドのみを評価する予定だったが、いくつかの種類のナノダイヤモンドを入手することができたため、それらの評価を行い、NV中心とはことなり波長740nm付近に鋭い発光を観測することに成功した。
これに加え、当初の予定では極低温での光学特性評価を行う予定であったが、装置に不具合が発生していることがわかり、研究の進捗が遅れることとなった。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和二年度は、NV中心のゼロフォノン線に共鳴波長をもつNFBCを開発、ならびに、極低温下での光学特性を評価する予定であったが、ヘリウムイオン顕微鏡によるNFBCの耐久性の低下や、装置の不具合などで当初の予定よりも進捗が遅れた状況である。
そこで、令和三年度は、極低温下での光学実験を行うためのクライオスタットの復旧、ならびに、極低温下でのナノダイヤモンドの光学特性評価を行う。さらに、ネオンイオンビームで加工したNFBCとナノダイヤモンドとを結合させ、パーセル効果による発光増強の観測を目指す。さらに、2次の強度相関測定を行い発光増強と超放射の関係に調査する予定である。
これらの研究に加え、NV中心とは異なる発光ピークを持つナノダイヤモンドの光学特性を評価し、その起源を明らかにする予定である。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
当初の予定では、国際学会で発表予定であったが、コロナの影響があり、国際学会を取りやめたため、当初予定より旅費が少なくなった。
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