ナノダイヤモンド膜中への単一光子源の形成のための新たな物理的手法の創成

2023 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21K18830
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 吉武 剛 九州大学, 総合理工学研究院, 教授 (40284541)
• 研究期間 (年度): 2021-07-09 – 2024-03-31
• キーワード: ダイヤモンド / ナノダイヤモンド / NVセンター / 同軸型アークプラズマ堆積法

研究実績の概要

ダイヤモンド格子中のNVセンターをはじめとする単一光子源は、量子コンピューティングや超高感度磁気センサーへの応用が期待されており、世界各国で国家プロジェクトが走っている状況である。その一方でその形成方法は既存の半導体に使われてきた技術で行われており、方法としては特に目新しいものはない。本研究では，ナノダイヤモンド膜中への単一光子源の形成のための新たな物理的手法を創成することを目的として研究を行っている。同軸型アークプラズマ堆積（CAPD）法によりNドープナノダイヤモンド膜の堆積を行い、生成膜のNVセンター形成をPL測定に加えて、共焦点レーザー走査型蛍光顕微鏡によりその形成分布を評価した。膜作製時のプロセスの最適化により膜一面に渡ってNVセンターの発光が得られるようになった。共焦点顕微鏡、フォトルミネッセンス、ODMR法を用いて評価した。これらの測定に加え、ダイヤモンド基板上に成膜した NCD 薄膜に電子ビーム照射を行い、NV センター形成を行った。さらに可視/紫外RAMAN分光装置を用いて、NDC膜内のナノダイヤモンドの存在を評価した。CAPD法で形成されるナノダイヤモンド膜はアモルファスカーボンを含有するためにその影響を極めて大きく受けていることが示唆された。アモルファスカーボンの極限までの低減と、ナノダイヤモンド結晶の高品質化が必要である。

研究成果

• [雑誌論文] Maximizing visible Raman resolution of nanodiamond grains fabricated by coaxial arc plasma deposition through oxygen plasma etching optimization (2024)
  • 著者名/発表者名: Valappil Sreenath Mylo、Zkria Abdelrahman、Sittimart Phongsaphak、Ohmagari Shinya、Yoshitake Tsuyoshi
  • 雑誌名: Surface and Interface Analysis 巻: 56 ページ: 230～238
  • DOI: 10.1002/sia.7289
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Synergistic effects of optimal negative bias-enhanced growth of quenched-produced diamond films on titanium substrates (2023)
  • 著者名/発表者名: Osman Lama、Zkria Abdelrahman、Ali Ali M.、Nagano Satoki、Naragino Hiroshi、Yoshitake Tsuyoshi
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 16 ページ: 075501～075501
  • DOI: 10.35848/1882-0786/acdfb7
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Influence of different pretreatments on the adhesion of nanodiamond composite films on Ti substrates via coaxial arc plasma deposition (2023)
  • 著者名/発表者名: Osman Lama、Ali Ali M、Zkria Abdelrahman、Naragino Hiroshi、Yoshitake Tsuyoshi
  • 雑誌名: Materials Research Express 巻: 10 ページ: 066401～066401
  • DOI: 10.1088/2053-1591/acd992
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Corrosion‐Resistive and Low Specific Contact Resistance Ohmic Contacts to Semiconducting Diamonds Using Nanocarbon Electrodes (2023)
  • 著者名/発表者名: Mylo Valappil Sreenath、Zkria Abdelrahman、Ohmagari Shinya、Naragino Hiroshi、Kato Hiromitsu、Yoshitake Tsuyoshi
  • 雑誌名: physica status solidi (a) 巻: 220 ページ: 2200627
  • DOI: 10.1002/pssa.202200627
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Advances in Nitrogen-Vacancy color centers in diamond for magnetometry: Advantages and Challenges (2023)
  • 著者名/発表者名: Abdelrahman Ali、Zkria Abdelrahman、Yoshitake Tsuyoshi
  • 雑誌名: Proceedings of International Exchange and Innovation Conference on Engineering & Sciences (IEICES) 巻: 9 ページ: 417～422
  • DOI: 10.5109/7158033
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Physical vapor deposition of nanodiamond films and their applications (2023)
  • 著者名/発表者名: Tsuyoshi Yoshitake
  • 学会等名: 4th International conference of Chemical, Energy and Environmental Engineering
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Advances in Nitrogen-Vacancy color centers in diamond for magnetometry: Advantages and Challenges (2023)
  • 著者名/発表者名: Ali Abdelrahman, Abdelrahman Zkria, Tsuyoshi Yoshitake
  • 学会等名: International Exchange and Innovation Conference on Engineering & Sciences (IEICES)
  • 国際学会 / 招待講演