超高真空・極低温下で動作する走査ダイヤモンドNV中心プローブの開発

开发在超高真空和低温下工作的扫描金刚石 NV 中心探头

• 批准号: 21K04878
• 负责人: 林 都隆
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Japan Advanced Institute of Science and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04878/
• 关键词: 走査プローブ顕微鏡; ダイヤモンドNV中心; 局所磁場計測・イメージング; 超高真空・極低温

これまでに開発した原子間力顕微鏡(AFM)機構とFPGA統合コントローラ及びLabVIEWによる制御プログラム、超高真空・極低温下で動作可能な搬送型の走査ダイヤモンドNV(窒素―空孔複合体)中心プローブとマイクロ波印加が可能な搬送型試料ホルダー機構を用いて、先ず、室温・大気中にて磁気構造イメージングの分解能向上と評価に取り組んだ。NV中心を含有する、幅約4 μm、長さ約12 μmの楔形状のダイヤモンド粒子を水晶振動子型のAFMプローブとして動作するタングステン線の先端に取り付けて、走査ダイヤモンドNV中心プローブに応用した。この楔形状のダイヤモンド粒子は元よりNV中心を含有していること、先端部の直径が500 nm 程度であることから、NV中心プローブの制作工程を大幅に簡略化した。計測時のダイヤモンドプローブ先端のNV中心の熱ドリフトの影響を補正する、ガルバノミラー機構によるレーザー位置トラッキング制御は、補正アルゴリズムを改修（微分値抽出）することで、補正の確実性を向上した。観察する試料にはガリウムヒ素基板上に作製したコバルト鉄（CoFe）薄膜のマイクロメートルスケールの島構造（膜厚50及び140 nm）を静磁場（100 mT）中に置き、面内方向に磁化させて用いた。AFM制御によりトポグラフ像を取得しながらNV中心からの蛍光観測を、光学的磁気共鳴（ODMR）の起こる特定周波数のマイクロ波下とODMRに寄与しない周波数のマイクロ波下の2点で行い、正規化した信号をマッピングすることで、従来のマイクロ波周波数を掃引する方法よりも高速に、磁気構造の空間分布に依存した漏洩磁場による磁気イメージングが可能になった。

During the operation of the atomic force micrometer (AFM) system, the FPGA system and the LabVIEW system control the operation of the machine in ultra-high vacuum and extremely low temperature. It is possible to operate the machine in the center of the asphyxiant-hole complex (asphyxiant-hollow compound). It is possible to use the printer, the printer, the printer and the machine. In the room temperature room temperature, the magnetic field is used to make the decomposition of the temperature and the temperature. The NV center contains a ring, a width of about 4 μ m, a length of about 12 μ m, a wedge shape, a particle, a crystal vibrator, an AFM vibrator, a crystal oscillator, a crystal vibrator, a crystal vibrator, and a NV center. The shape of the wedge, the particle, the NV center, the end, the diameter, the wedge, the wedge, the particle, the particle, the NV center, the wedge, the particle, the center, the center. During the test, the front end of the NV center is required to make sure that the position is correct, that the position is correct, that the correction (differential extraction) is correct, and that the performance is up. To observe the structure of the magnetostatic field (100 nm) in the magnetostatic field (100 mT) and the in-plane magnetization in the magnetostatic field (100 mT). The AFM system is used to obtain the optical signal of the NV center, the optical magnetic spectrum (ODMR), the specific number of waves, the number of waves. The space distribution of magnetic equipment is dependent on leakage magnetic field, magnetic field, magnetic field and magnetic field.

项目成果

エレクトロニックグレードダイヤモンドとFIB加工を用いた走査NV中心プローブの開発

使用电子级金刚石和 FIB 加工开发扫描 NV 中心探头

• 发表时间: 2022
• 作者: 出口 碧惟;貝沼 雄太;林 都隆;安 東秀
• 通讯作者: 安 東秀

走査ダイヤモンドNV中心磁気プローブによる磁気ドメインイメージング

使用扫描金刚石 NV 中心磁探针进行磁域成像

• 发表时间: 2021
• 作者: 貝沼 雄太;林 都隆;安 東秀
• 通讯作者: 安 東秀

スピン波によるダイヤモンド島中のNV中心の状態制御

自旋波控制钻石岛NV中心的状态

• 发表时间: 2022
• 作者: 蔭山 隆史、貝沼雄太、出口碧惟、林都隆、Dwi Prananto;安東秀
• 通讯作者: 安東秀

走査ダイヤモンドNV中心プローブの開発と磁気カードの漏洩磁場解析

扫描金刚石NV中心探头研制及磁卡漏磁场分析

• 发表时间: 2022
• 作者: 舘岡 千椰佳;Pawan Kumar;出口 碧惟;金 聖祐;小山 浩司;林 都隆;貝沼 雄太;安 東秀
• 通讯作者: 安 東秀

Fabirication of a scanning diamond NV center probe using laser processing

使用激光加工制造扫描金刚石 NV 中心探头

• 发表时间: 2021
• 作者: Y. Yamada;F. Koshiji;Y. Yasuda;T. Uchida;K. Yamada;et al.;野島 雅;Y. Kainuma，R. Wang，K. Hayashi，K. Nakashita，M. Ito，T. An
• 通讯作者: Y. Kainuma，R. Wang，K. Hayashi，K. Nakashita，M. Ito，T. An