ナノダイヤモンド配列センサを用いた高感度光熱顕微分光リアルタイムイメージング

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26610077
• 研究機関: 関西学院大学
• 研究代表者: 藤原 正澄 関西学院大学, 理工学部, 助教 (30540190)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 量子計測 / ナノスピン / 温度計測 / 磁気計測

研究実績の概要

本年度は、電子スピン位相緩和時間計測システムによる、NV中心の電子スピン操作を実現し、イメージングや実際の試料の発熱をどの程度の感度や応答速度で検出可能かについて定量的な評価を行う事を目標とした。その結果、ダイヤモンドナノ粒子中に存在する単一窒素欠陥（NV）中心が示すコヒーレントなスピン信号の計測に成功した。NV中心のスピンが示すラビ振動を計測し、それより割り出されるπパルス、π/2パルスを用いてスピンエコー測定を行った。その結果、現在使用中のナノダイヤモンドに存在するNV中心は位相緩和時間が0.5～10マイクロ秒の範囲でばらついている事が明らかになった。また、ナノ粒子を均一に基板上に分散させるのに必要な粒子サイズの均一化に関しては、購入したダイヤモンドのナノ粒子を遠心分離器でさらに分画する取り組みも行った。これに合わせてダイヤモンド表面に存在するグラファイト層を強酸（硫酸、硝酸、過塩素酸）で除去する作業も行い、位相緩和時間の平均的な増加とスピン信号コントラストの増加という結果を得た。これにより温度検出の感度増加が期待される。これらの成果発表に関してはデータの詳細な解析や共同研究者との議論を行う必要があったため当初の年度内発表計画を変更し、次年度秋に開かれる物理学会もしくは応用物理学会での発表に切り替えた。

研究成果

• [国際共同研究] Humboldt University of Berlin(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: Humboldt University of Berlin
• [雑誌論文] Measuring the charge density of a tapered optical fiber using trapped microparticles (2016)
  • 著者名/発表者名: Kazuhiko Kamitani, Takuya Muranaka, Hideaki Takashima, Masazumi Fujiwara, Utako Tanaka, Shigeki Takeuchi, and Shinji Urabe
  • 雑誌名: Optics Express 巻: 24 ページ: 4672-4679
  • DOI: doi: 10.1364/OE.24.004672
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Optical tracking of picosecond coherent phonon pulse focusing inside a sub-micron object (2016)
  • 著者名/発表者名: Thomas Dehoux, Kenichi Ishikawa, Paul H Otsuka, Motonobu Tomoda, Osamu Matsuda, Masazumi Fujiwara, Shigeki Takeuchi, Istvan A Veres, Vitalyi E. Gusev and Oliver B. Wright
  • 雑誌名: Light: Science & Applications (Nature) 巻: xx ページ: xx
  • DOI: doi: 10.1038/lsa.2016.82
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Highly Efficient Coupling of Nanolight Emitters to a Ultra-Wide Tunable Nano Fibre Cavity (2015)
  • 著者名/発表者名: Andreas. W. Schell, Hideaki Takashima, Shunya Kamioka, Yasuko Oe, Masazumi Fujiwara, Oliver Benson, and Shigeki Takeuchi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 5 ページ: 9619
  • DOI: doi:10.1038/srep09619
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Ultrathin fiber-taper coupling with nitrogen vacancy centers in nanodiamonds at cryogenic temperatures (2015)
  • 著者名/発表者名: Masazumi Fujiwara, Hong-Quan Zhao, Tetsuya Noda, Kazuhiro Ikeda, Hitoshi Sumiya, and Shigeki Takeuchi
  • 雑誌名: Optics Letters 巻: 40 ページ: 5702-5705
  • DOI: doi: 10.1364/OL.40.005702
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] ナノファイバブラッグ共振器と結合した単一発光体のFDTD解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 高島秀聡、藤原正澄、Andreas W. Schell、竹内繁樹
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2015-09-16 – 2015-09-19
• [学会発表] ナノ光ファイバ結合ダイヤモンド窒素欠陥中心の光検出磁気共鳴実験 (2015)
  • 著者名/発表者名: 藤田慎司朗, 高島秀聡, Andreas W. Schell, 藤原正澄, 水落憲和, 竹内繁樹
  • 学会等名: 日本物理学会2015年秋季大会
  • 発表場所: 関西大学（大阪府吹田市）
  • 年月日: 2015-09-16 – 2015-09-19
• [学会発表] 量子ドットとナノ光ファイバブラッグ共振器との結合実験 (2015)
  • 著者名/発表者名: 高島秀聡、Andreas W. Schell、大江康子、上岡俊也、藤原正澄、Oliver Benson、 竹内繁樹
  • 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（愛知県名古屋市）
  • 年月日: 2015-09-13 – 2015-09-16
• [学会発表] Numerical Simulation of an Ultra-Wide Tunability and Enhanced Spontaneous Emission of a Nanofiber Bragg Cavity (2015)
  • 著者名/発表者名: Hideaki Takashima, Andreas W. Schell, Shinjiro Fujita, Yasuko Oe, Syunya Kamioka, Masazumi Fujiwara, Shigeki Takeuchi
  • 学会等名: CLEO-PR 2015 (Conference on Lasers and Electro-Optics, Pacific Rim 2015)
  • 発表場所: BEXCO, Busan, Korea
  • 年月日: 2015-08-24 – 2015-08-28
  • 国際学会
• [学会発表] Towards a fiber integrated magnetometer based on a single electron spin (2015)
  • 著者名/発表者名: Shinjiro Fujita, Andreas W. Schell, Hideaki Takashima, Masazumi Fujiwara, Norikazu Mizuochi, and Shigeki Takeuchi
  • 学会等名: ONNA2015 Workshop on Optical Nanofiber Applications:From Quantum to Bio Technologies
  • 発表場所: 沖縄科学技術大学院大学（沖縄県国頭郡恩納村）
  • 年月日: 2015-05-25 – 2015-05-28
  • 国際学会
• [備考] 所属研究室ホームページ
  • URL: http://www.kg-applchem.jp/hashimoto/
• [備考] 個人ホームページ
  • URL: http://masazumiwork.wix.com/scientist-site