Quantum sensing research by utilizing the quantum state of NV centers in diamond

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21H04653
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Medium-sized Section 29:Applied condensed matter physics and related fields
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: Mizuochi Norikazu 京都大学, 化学研究所, 教授 (00323311)
• 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)
• Project Period (FY): 2021-04-05 – 2024-03-31
• Keywords: 量子センサ / ダイヤモンド / NV中心 / スピン / 発光中心 / 量子計測 / ナノダイヤモンド

Outline of Final Research Achievements

In this research, we focused on the excellent properties of the color centers in diamond, and developed a quantum sensing microscope and quantum sensing method using these. We independently developed a new highly sensitive quantum sensing method for low-frequency signals, a new quantum sensing method for multidimensional NMR measurement, temperature measurement with a micro-nanodiamond quantum sensor, and technology development for producing high-quality diamond materials, and achieved results. We also achieved high sensitivity in magnetic field sensitivity and temperature sensitivity.

Free Research Field

応用物理

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

核磁気共鳴応用のための新たな量子センシング手法を考案した点は、NV中心を用いた微小領域における構造解析において学術的意義のある成果と考えられる。ナノダイヤモンドにおける世界最小径での感度見積もりの成功は、今後、細胞内などの微小領域での量子センシングが期待され、生命科学分野における応用に道を拓き、学術的意義のある成果と考えられる。ターシャリブチルホスフィンを用いて高品質なリンドープn型ダイヤモンドが合成できた点は、量子センシングのみならず、パワーエレクトロニクスなど、幅広いダイヤモンドの応用分野において意義があり、社会的意義があると考えられる。