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ナノダイヤモンドを用いた超高感度超高圧高周波数電子スピン共鳴測定法の開発

利用纳米金刚石开发超灵敏、超高压、高频电子自旋共振测量方法

基本信息

批准号：
22K18691
负责人：
太田仁
金额：
$ 3.99万
依托单位：
Kobe University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

申請者らは，これまで試料空間が相対的に大きい(内径5mm)ピストンシリンダー型圧力セルのピストン部分をジルコニアに置き換え，テラヘルツ波の透過を可能にして，ミクロスコピックな情報が得られる高圧高周波数電子スピン共鳴(ESR)測定法を行い，多様な量子スピン系の圧力効果を明らかにしてきた。ピストンシリンダー型は，試料が多く(スピン数が多い），高周波数ESRの従来型半導体検出器の感度で測定可能であるので用いてきたが，発生圧力は3GPa弱に止まっていた。そこで，100GPaレベルの超高圧を目指すには，ダイヤモンドアンビル圧力セルを用いる必要がある。しかし，ダイヤモンドアンビル圧力セルの内径は0.5mm以下と極端に小さな試料空間であるため，従来型半導体検出器の感度では，全くESR測定は不可能である。そこで，従来ESR手法に比べ，超高感度なダイヤモンド窒素-空孔中心(NV-センター)を用いた光検出磁気共鳴(ODMR)によって，ダイヤモンドアンビル圧力セルを用いた超高感度超高圧高周波数ESR測定を実現することが本研究の目的である。特に，本研究ではNV-センターを持つナノダイヤモンドを圧力媒体に溶かして，そのNV-センターを介して磁性体試料の磁気モーメントのESRを検出することを目指す。つまり，微小試料の外部磁場下テラヘルツESRによるスピン状態変化を，近傍のNV-センターが有効磁場変化としてNV-センターのms=±1状態のゼーマン分裂変化として受け取り，ODMRの蛍光強度変化として高感度テラヘルツESRとして観測されるという原理である。ODMRを用いたESR観測は，従来のESR観測に比べ10桁高い感度を持つので，単一NV-センターの観測が可能となる。

The applicant replied that the sample space was relatively large (inner diameter 5mm), and the pressure of the sample system was different. The transmission of the sample wave was possible, and the high voltage and high frequency electron resonance (ESR) method was used to determine the pressure of the sample system. The sensitivity of high-frequency ESR semiconductor detectors can be measured by using the same method, and the generated pressure is 3GPa. In addition, the 100GPa high voltage target indicates that it is necessary to use the high voltage target. For example, the inner diameter of a semiconductor detector is less than 0.5 mm, the sample space is extremely small, and the sensitivity of a semiconductor detector is impossible to measure ESR completely. The purpose of this study is to determine the ultra-high frequency ESR using optical induced magnetic resonance (ODMR). In particular, this study is aimed at determining the ESR of magnetic samples in the presence of high pressure media. In the case of a small sample, the ESR state changes under an external magnetic field, and the NV-10 state changes under a nearby magnetic field. In the case of an ODMR, the ESR state changes under a nearby magnetic field. In the case of an ODMR, the ESR state changes under a nearby magnetic field. ODMR is used for ESR measurement, and the ESR measurement is more sensitive than 10 ° C, so it is possible to measure the ESR measurement.