量子ナノセンサーと超解像技術を融合した暗黒物質の方向探索実験

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ダイヤモンドNV centerの蛍光飛跡検出法と量子センシングによる超解像飛跡検出による暗黒物質方向探索を実現するための基礎研究開発を進めた。蛍光飛跡検出は、窒素不純物を含むダイヤモンドに入射した重粒子が核的な相互作用で多量の原子空孔を形成し、直近の窒素原子との結合で飛跡に沿って形成されたNV centerを読み取って行う。昨年度より継続しているNV centerの並びを読み取るための共焦点顕微鏡の開発を進め、新たにMPPCとユニバーサルカウンターを組み合わせた光検出器を構築し、NV center の発光測定を実証した。マイクロ波発生装置を導入してNV centerのスピン操作を可能とし、Φ= 5μmのピンホールを用いた測定で、CVDダイヤモンド中のNV center のODMRスペクトルを検出した。量研高崎のイオンビーム(TIARA)を用いて、HPHTとCVDで合成された窒素不純物量の異なる幾つかのダイヤモンド基板にE = 454 MeV のキセノンと E = 220 MeVのカーボンを照射した。今後、開発中の顕微鏡を用いて飛跡の検出能力を定量化する。暗黒物質探索での粒子検出の多角化を目的とした、ダイヤモンドシンチレータの開発も並行して行った。HPHTダイヤモンドに関して、窒素不純物量と発光量の関係性を明らかにし、窒素不純物量 ~ 200 ppm での発光量が 5.5E+04 ph/MeV であることを示した。また、発光波形を用いた電子とα線の識別に関する評価を進めた。