ダイヤモンド表面にナノ量子センサーを自由に配置・測定する手法の開発

开发一种在金刚石表面自由放置和测量纳米量子传感器的方法

• 批准号: 21K13866
• 负责人: 林 寛
• 金额: $ 2.91万
• 依托单位: Kanazawa University (2022)Kyoto University (2021)
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 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-21K13866/
• 关键词: ダイヤモンドNV中心; 量子センサー; レーザー加工; 近接場

NVセンターの電子スピンは室温で長いコヒーレンス時間(2 ms以上)を持ち、スピンの初期化、操作、測定が可能である。このような特徴を持つNVセンターを用いてダイヤモンド外部の少数核スピンを対象としたナノスケールNMRの研究が盛んにおこなわれている。このようなセンシング技術開発には、NVセンターの電子スピンと対象の核スピンとの強い相互作用が必要となる。このため、NVセンターの電子スピンと対象核スピンの距離を短くする必要があり、ダイヤ表面にNVセンターを生成することが望まれている。本研究では表面NVセンターを再現性良くナノスケール分解能で作製する手法の確立し、さらに表面NVセンターを配列することを目標としている。この目標達成のため、フェムト秒レーザーによるダイヤモンド加工技術に着目し、研究開発を行った。本年度は、昨年度に開発した加工装置を用いてさらなる極小加工を目指した。具体的にはレーザーエネルギーなどの条件などを精密に制御することにより、最小で幅約60 nm,深さ原子層レベルの加工が達成された。このような加工部への新たなダイヤモンド層の埋め込み成長を行った。その結果、加工穴が綺麗に埋め込まれることで、原子平坦面に戻すことが可能となった。これにより昨年度と比較すると、さらなる微小な加工と、加工部への埋め込み技術を確立したため、埋め込んだNVセンターの評価を行った。しかし埋め込み膜中NVセンターと基板中NVセンターの区別が難しく、埋め込み部NVセンターの評価が困難であった。これらを踏まえて、現在埋め込み部への高濃度NVセンタードープ技術と、原子平坦でなおかつ表面平坦なダイヤモンド試料の作製技術の開発を行い、また、加工技術のさらなる高精度化を検討している。

NV セ ン タ ー の electronic ス ピ ン は room-temperature で long い コ ヒ ー レ ン ス time (more than 2 ms) を hold ち, ス ピ ン の early, operations and measuring が may で あ る. こ の よ う な, 徴 を hold つ NV セ ン タ ー を with い て ダ イ ヤ モ ン ド external の minority nuclear ス ピ ン を like と seaborne し た ナ ノ ス ケ ー ル NMR の research が sheng ん に お こ な わ れ て い る. こ の よ う な セ ン シ ン グ technology open 発 に は, NV セ ン タ ー の electronic ス ピ ン と like の seaborne nuclear ス ピ ン と の strong い が interaction necessary と な る. こ の た め, NV セ ン タ ー の electronic ス ピ ン と like nuclear seaborne ス ピ ン の short distance を く す る necessary が あ り, ダ イ ヤ surface に NV セ ン タ ー を generated す る こ と が hope ま れ て い る. This study で は surface NV セ ン タ ー を reproducibility good く ナ ノ ス ケ ー ル can decompose で cropping す る の established し, さ ら に surface NV セ ン タ ー を match column す る こ と を target と し て い る. こ の goal の た め, フ ェ ム ト seconds レ ー ザ ー に よ る ダ イ ヤ モ ン に ド processing technology with mesh し, research open 発 を line っ た. This year を and last year に developed た た processing facilities を for <s:1> てさらなる minimal processing of を mesh fingers た. Specific に は レ ー ザ ー エ ネ ル ギ ー な ど の conditions な ど を precision に suppression す る こ と に よ り, minimum で about 60 nm, deep さ atomic layer レ ベ ル の が fabricate さ れ た. The <s:1> ような processing department へ <e:1> new たなダ ヤモ ヤモ ド ド layer <s:1> buried め込み growth を line った. Youdaoplaceholder0 そ results, processing holes が beautiful に buried め込まれる とが とで, atomic flat surface に戻す とが とが possible となった. こ れ に よ り yesterday year と comparing す る と, さ ら な る tiny な と, machining department へ の buried め 込 み technology を establish し た た め, buried め 込 ん だ NV セ ン タ ー の review 価 を line っ た. し か し buried め 込 み membrane in NV セ ン タ ー と substrate in NV セ ン タ ー の difference が difficult し く, buried め 込 み department NV セ ン タ ー の review 価 が difficult で あ っ た. Tread こ れ ら を ま え て, now buried め 込 み department へ の high NV セ ン タ ー ド ー と プ technology, atomic flat で な お か つ surface flat な ダ イ ヤ モ ン ド sample の の system technology for 発 を い, ま た, processing technology の さ ら な る precision turn を beg し 検 て い る.

项目成果

加工装置、加工方法

加工设备、加工方法

• 发表时间: 2021