重水素化多層膜の室温原子層堆積で実現する光増強型光ポンピング原子磁気センサ

点击翻译按钮获取中文摘要

光ポンピング原子磁気センサ（OPAM）は室温で超伝導量子干渉素子（SQUID）を凌ぐ感度が期待できるため、ベッドサイドでも心臓や脳神経由来の微小磁場をモニタリングできる可能性がある。しかし2次元センサアレイに資する、チップサイズの原子セルでは、光と原子の相互作用長が短く、光ポンピングされた偏極スピン原子がセル内壁と頻回に衝突し急速にスピンが緩和され、感度が低下する問題があった。本研究の1年目では、原子セル内壁でのスピン緩和を最小にするため磁気モーメントの小さい重水素核に注目し、重溶媒を酸化剤とする重水素化薄膜の室温原子層堆積（室温ALD）を世界で初めて実証する。結果として、表面化学反応が促進する高温でなく膜内に重水素が留まる室温を選択する逆発想から、エタノールd6などの重溶媒蒸気を用いた重水素化薄膜の室温ALD法を実証した。トリメチルアルミ（Al(CH3)3、TMA）を導入し、表面化学反応を誘起し、余剰のTMAを排気した。次に重溶媒蒸気を堆積チャンバー内に導入しOD基で基板表面を覆い、余剰の重水蒸気を排気した。既に水蒸気の吸着過程では実証済みで、重溶媒蒸気でも広い圧力範囲で堆積速度が一定となる「自動停止機構」を発現できることを　明らかにした。次に、重水素化薄膜の重水素化率を変えることで屈折率を変化できることを明らかにした。特に、室温ALDの導入サイクル時間を変化させることで、異なる屈折率の多層膜構造を室温ALD法で作成でき、フレネル反射損失を抑制できることを明らかにした。