2023 Fiscal Year Annual Research Report
ダイヤモンドNV中心の量子状態高度制御による量子センシング顕微鏡計測研究
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21H04653
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
水落 憲和 京都大学, 化学研究所, 教授 (00323311)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
白川 昌宏 京都大学, 工学研究科, 教授 (00202119)
大木 出 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 量子生命科学研究所, 主任研究員 (80418574)
徳田 規夫 金沢大学, ナノマテリアル研究所, 教授 (80462860)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2024-03-31
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| Keywords | 量子センシング / ダイヤモンド / 発光中心 / イメージング / ナノダイヤモンド / NV中心 / 量子センサ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和5年度は、核磁気共鳴（NMR）応用のための新たな量子センシング手法を考案した。窒素-空孔（NV）中心を用いたNMR計測の先行研究における手法の課題として、ヘテロダイン検波を元にしているものの、単相検波であることが挙げられる。単相検波では、基準周波数からのずれが測定値として得られ、高低どちらのずれかは原理的に不明である。そこで本研究では、受信機位相を任意に設定可能な量子測定手法を新たに考案した。これにより、NV中心を用いた極少量NMR(NV-NMR)において直交検波が可能となり、更に従来NMRにおいて使用される位相系手法のNV-NMR への導入が実現する。今回、交流磁場測定を行い、直交検波を実証した。また僅かな位相、振幅ずれによる誤差を修正する手法を導入して補正を検証した。更に、二次元NMRでの位相回しによるコヒーレンス選択を行い、シミュレーション結果と比較して期待通りの結果を得た。
また、本研究ではイメージングにも重要となるナノダイヤモンド（ND）の中でも、小粒径のNDを安価かつ大量に得られる爆轟法ND(DND)に注目し、DND中のNV中心、GeV中心を用いた温度センシングを実施した。結果の一つとして、独自に開発したDND中に、強く安定した光検出磁気共鳴信号を持つNV中心を多数計測することに成功した。これにより、NV中心を含むDNDでは初めて温度感度計測を実現した。これまでに温度感度が計測されたＮＤの最小粒径は、NV中心を含むもので約50nmであった。細胞核等の細胞小器官への導入には粒径30nm以下が望まれていたが、本研究で用いたDNDは透過型電子顕微鏡による粒径分布からDNDの平均粒径は11.2 nmと確認し、温度感度を計測したダイヤモンドセンサとして世界最小径である。感度測定では, DNDの凝集体で0.36 K/(Hz)1/2と確認された。
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| Research Progress Status |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和5年度が最終年度であるため、記入しない。
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