Development of new physical methods for forming single photon sources in nanodiamond films

开发在纳米金刚石薄膜中形成单光子源的新物理方法

• 批准号: 21K18830
• 负责人: 吉武 剛
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-07-09 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21K18830/
• 关键词: ダイヤモンド; ナノダイヤモンド; 量子センター; NVセンター; 薄膜創製; カラーセンター

ダイヤモンド格子中のNVセンターをはじめとする単一光子源は、量子コンピューティングや超高感度磁気センサーへの応用が期待されており、世界各国で国家プロジェクトが走っている状況である。その一方でその形成方法は既存の半導体に使われてきた技術で行われており、方法としては特に目新しいものはない。本研究では，ナノダイヤモンド膜中への単一光子源の形成のための新たな物理的手法を創成することを目的として研究を行っている。具体的には，物理気相成長法により成長するナノダイヤモンド膜にNVセンターをはじめとする単一光子源を形成するための，物理現象の理解を含めた、基盤技術を確立する。同軸型アークプラズマ堆積（CAPD）法によりNドープナノダイヤモンド膜の堆積を行い、生成膜のNVセンター形成をPL測定に加えて、共焦点レーザー走査型蛍光顕微鏡によりその形成分布を評価した。膜作製時のプロセスの最適化により膜一面に渡ってNVセンターの発光が得られるようになった。膜中の窒素ドープ量は膜作製時の窒素雰囲気圧力により調整するがその最適化が進んだことが一因である。膜作製中の負バイアス印加がダイヤモンドの成長促進に極めて有効であることがわかっている。バイアス条件の更なる最適化により、膜の硬度を室温プロセスにもかかわらず多結晶ダイヤモンドと同硬度の85 GPaまで高めることに成功している。ダイヤモンド結晶の密度および質が高まっていることが予想され、そのこともNVセンターの発光増強に寄与していると考えられる。

A photon source, a quantum photon source, and an ultra-high sensitivity magnetic field source are expected to be used in various countries around the world. The method of formation is new to the existing semiconductor technology. This study aims to create a new physical method for the formation of a single photon source in a thin film. Specific physical phase growth methods include the formation of a single photon source and the establishment of substrate technology. Coaxial type optical deposition (CAPD) method is used to evaluate the formation and distribution of optical films in the process of deposition and formation of optical films in PL measurement. The optimization of the film production process is based on the optimization of the film production process. The amount of oxygen in the membrane is optimized for the adjustment of oxygen pressure during membrane production. The growth promotion of film production is very important. The optimum conditions for film hardness were optimized from room temperature to 85 GPa for polycrystalline films. The density and quality of the crystals are so high that they can emit light.

项目成果

Nanocarbon Electrodes Fabricated by Coaxial Arc Plasma Deposition for Phosphorus-doped Diamond Electronics Application

通过同轴电弧等离子体沉积制造的纳米碳电极用于磷掺杂金刚石电子应用

• 发表时间: 2022
• 作者: Sreenath Mylo Valappil;Shinya Ohmagari;Abdelrahman Zkria;Phongasaphak Sittimart;Eslam Abubakar;Hiromatsu Kato;Tsuyoshi Yoshitake
• 通讯作者: Tsuyoshi Yoshitake

Corrosion-Resistive and Low Specific Contact Resistance Ohmic Contacts to Semiconducting Diamonds Using Nanocarbon Electrodes

使用纳米碳电极与半导体金刚石进行耐腐蚀且低比接触电阻的欧姆接触

• DOI: 10.1002/pssa.202200627
• 发表时间: 2022
• 期刊: Physica Status Solidi A
• 作者: Sreenath Mylo Valappil;Abdelrahman Zkria;Shinya Ohmagari;Hiroshi Naragino;Hiromitsu Kato;and Tsuyoshi Yoshitake
• 通讯作者: and Tsuyoshi Yoshitake

シリコン基板上に成膜されたナノダイヤモンド混相膜の機械的・構造的特性に基板温度及び中間層がもたらす影響

基底温度和中间层对硅基底上沉积的纳米金刚石多相薄膜机械和结构性能的影响

• 发表时间: 2021
• 作者: 布谷直義;Yeon-Bin Choi;今中信人;S. Saito，A. M. Ali1，M. Egiza，K. Murasawa，H. Sugita，T. Deckert-Gaudig，Volker Deckrt， and T. Yoshitake
• 通讯作者: S. Saito，A. M. Ali1，M. Egiza，K. Murasawa，H. Sugita，T. Deckert-Gaudig，Volker Deckrt， and T. Yoshitake

Polishing of Polycrystalline Diamond Films on WC-Co by KrF-Laser-Induced Surface Modification

KrF 激光诱导表面改性对 WC-Co 上的多晶金刚石薄膜进行抛光

• 发表时间: 2021
• 作者: Y. Katamune;K. Murasawa;T. Kikuchi;T. Yoshitake;and H. Ikenoue
• 通讯作者: and H. Ikenoue

Effects of substrate temperature and intermediate layer on adhesion, structural and mechanical properties of coaxial arc plasma deposition grown nanodiamond composite films on Si substrates

• DOI: 10.1016/j.surfcoat.2021.127185
• 发表时间: 2021-04-30
• 期刊: SURFACE & COATINGS TECHNOLOGY
• 影响因子: 5.4
• 作者: Ali, Ali M.;Egiza, Mohamed;Yoshitake, Tsuyoshi
• 通讯作者: Yoshitake, Tsuyoshi