量子センサによるスピンダイナミクスの可視化手法の開発

使用量子传感器开发自旋动力学可视化方法

• 批准号: 22K03524
• 负责人: 佐々木 健人
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K03524/
• 关键词: 量子センシング; 磁気共鳴; ダイヤモンド; 六方晶窒化ホウ素; スピントロニクス

本研究の目的は、磁性体の局所的なダイナミクスを可視化するため、ダイヤモンド中の色中心を量子センサとして利用する磁場・温度のイメージング装置を開発することである。今年度は、(1)磁性体のイメージングに注力した。さらに計測精度を高めるために、(2)センサの励起光強度依存性、(3)温度測定における機械学習の利用、(4)光学収差の影響、(5)発展的な量子操作、(6)新規量子センサの利用などの検証を行った。現在、(1,2,4,5,6)の内容に関して学術論文を執筆しており、その一部の内容は投稿中である。これらの技術は、量子センサの磁場感度や空間分解能を更に高めるものであり、局所的なスピンダイナミクスの可視化に有用である。(1)では、垂直磁化膜の磁区を磁気光学カー効果と量子センサで同時にイメージングする技術を開発し、クリープ運動を動画として取得した。低温装置と組み合わせることで、超伝導量子渦の定量的な磁気イメージングに成功した。また、マイクロ波やスピン波の検出精度を高め、そのイメージングに成功した。(2)では、センサの共鳴周波数が励起光強度に対して指数関数的に変化する現象を発見した。(3)では、温度測定において機械学習を適用し、従来法と同程度の精度が得られることを明らかにした。(4)では、蛍光顕微測定の光学収差で感度や分解能が低下する影響を調査し、性能劣化が十分に少ないダイヤモンド基板の薄さを決定した。(5)では、ランダウツェナーモデルに幾何学的な効果を取り入れたモデルを利用し、トンネル遷移確率が100%になる幾何学的非断熱な量子操作を実証した。(6)では、六方晶窒化ホウ素(hBN)中のホウ素空孔欠陥をセンサとして利用するアイディアを検証した。ヘリウムイオン顕微鏡の集束イオンを用いたセンサのナノアレイの作製や、広帯域マイクロ波パルスによる磁場感度の向上に成功した。

The purpose of this study is to make use of the magnetic field temperature measurement device to open the magnetic field temperature device. This year, (1) the magnetic body has a high concentration of force. The accuracy of the calculation is high, (2) the dependence of light intensity, (3) the mechanical utilization of temperature measurement, (4) the shadow of optical difference, (5) the quantum operation of the exhibition, and (6) the use of new quantum devices. Now, (1, 2, 4, 4, 5, 6) the content is in the process of submitting a copy of the content. The technical and quantum analysis of the magnetic field sensitivity space decomposition can improve the performance of the magnetic field, and the local system can be used. (1) the magnetic field of the perpendicular magnetized film is in the magnetic field. At the same time, the technology is opened and the motion picture is obtained. The cryogenic device is used to determine the quantity of the magnetic field in the cryogenic device. The precision is very high, and the accuracy is very high. (2) the number of waves in each cycle stimulates the change of the number of light intensity and frequency index. (3) the measurement of temperature and temperature can improve the accuracy of the same degree of accuracy in mechanical science. (4) the optical differential sensitivity can be determined by the micro-measurement of optical differential sensitivity, and the performance degradation is very low. (5) if you want to know how to make use of it, the transfer rate is 100%. You have to learn how to do the quantum operation. (6) Hexahedral and hexagonal asphyxiated melatonin (hBN) in which the empty holes are not available. The field sensitivity is up and down by using the micro-cluster device, which is used to measure the field sensitivity.

项目成果

Lock-in thermography using diamond quantum sensors

使用金刚石量子传感器进行锁定热成像

• DOI: 10.7566/jpsj.92.014002
• 发表时间: 2023
• 期刊: Journal of the Physical Society of Japan
• 影响因子: 1.7
• 作者: Kensuke Ogawa;Moeta Tsukamoto;Kento Sasaki;Kensuke Kobayashi
• 通讯作者: Kensuke Kobayashi

Quantum sensor in two-dimensional van der Waals material

二维范德华材料的量子传感器

• 发表时间: 2023
• 作者: Hao Gu;Yuki Nakamura;Kento Sasaki;Kobayashi Kensuke
• 通讯作者: Kobayashi Kensuke

ダイヤモンド量子センサを用いた超伝導体薄膜の磁束量子の定量的観測

使用金刚石量子传感器定量观测超导薄膜中的磁通量量子

• 发表时间: 2023
• 作者: 西村俊亮;小林拓;佐々木大地;辻赳行;岩﨑孝之;波多野睦子;佐々木健人;小林研介
• 通讯作者: 小林研介

ダイヤモンド量子センサによる磁壁の観測

使用金刚石量子传感器观察畴壁

• 发表时间: 2023
• 作者: 山本航輝;塚本萌太;河口真志;林将光;佐々木健人;小林研介
• 通讯作者: 小林研介

ダイヤモンド量子顕微鏡の開発と機械学習による高精度化

通过机器学习开发金刚石量子显微镜并提高精度

• 发表时间: 2023
• 作者: Y. Nakamura;H. Watanabe;K. M. Itoh;K. Sasaki;J. I. Hayase and K. Kobayashi;佐々木健人
• 通讯作者: 佐々木健人