【公開日：2023.07.31】【最終更新日：2023.05.19】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
22UT1131
利用課題名 / Title
量子センシングのためのマイクロ波アンテナ作製
利用した実施機関 / Support Institute
東京大学
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）計測・分析/Advanced Characterization
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed
キーワード / Keywords
窒素空孔、NV,光学顕微鏡/Optical microscopy,高周波デバイス/ High frequency device,リソグラフィ/Lithography,IoTセンサ/ IoT sensor,量子効果デバイス/ Quantum effect device,量子効果/ Quantum effect
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
小林 研介
所属名 / Affiliation
東京大学
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
佐々木健人,小河健介,塚本萌太,西村俊亮,伊藤秀爾,山本航輝,顧豪
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
UT-913：UVレーザープリント基板加工装置
UT-505：レーザー直接描画装置 DWL66+2018
UT-800：クリーンドラフト潤沢超純水付
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
ダイヤモンド中の窒素空孔(NV: Nitrogen-Vacancy)中心の電子スピンは、光とマイクロ波によって量子操作が可能であり、高空間分解能かつ高感度な磁場計測に応用されている。 この量子センサをイメージングに利用する際には、広範囲に広帯域なマイクロ波を照射可能なアンテナが必要である。 我々は、武田先端知ビルのリソグラフィー設備を利用して、磁気イメージング用のアンテナの作製を行った。
実験 / Experimental
空間分解能と集光率の高い、高NA(0.7)の対物レンズによる広視野測定ができるよう、0.3 mm厚の基板にφ3 mmの開口を設けて文献[1]のアンテナ構造を再設計した(図1)。 装置にdxfファイルとしてデザインを取り込み、パナソニック電工製銅箔FR4基板を加工した。 また、ストリップライン形状など、複数の回路パターンの試作を行った。
結果と考察 / Results and Discussion
パラメータを変えたアンテナを数種類作製し、NV中心の共鳴周波数2.87 GHzに最も近い共鳴周波数を示すアンテナを選別した。 そのアンテナでは、100 MHz を超える広帯域な特性や、磁気共鳴に十分な強度のマイクロ波を広範囲に照射できる性能が確認された。 光学測定への干渉や、マイクロ波強度の不均一による像の歪は確認されなかった。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図1 装置で切り出したマイクロ波アンテナパターン
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
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Kensuke Ogawa, Lock-in Thermography Using Diamond Quantum Sensors, Journal of the Physical Society of Japan, 92, (2023).
DOI: https://doi.org/10.7566/JPSJ.92.014002
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Shunsuke Nishimura, Floquet Engineering Using Pulse Driving in a Diamond Two-Level System Under Large-Amplitude Modulation, Physical Review Applied, 18, (2022).
DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.18.064023
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Moeta Tsukamoto, Accurate magnetic field imaging using nanodiamond quantum sensors enhanced by machine learning, Scientific Reports, 12, (2022).
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-18115-w
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Yuki Nakamura, Optimization of optical spin readout of the nitrogen-vacancy center in diamond based on spin relaxation model, AIP Advances, 12, (2022).
DOI: https://doi.org/10.1063/5.0090450
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- 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
- Accurate magnetic field imaging with nanodiamond quantum sensors enhanced by machine learning
- 機械学習を用いたナノダイヤモンド量子温度センサ
- ダイヤモンド量子センサの励起光強度依存性
- ダイヤモンド量子センサを用いたマイクロ波イメージング測定
- ダイヤモンド NV 中心を用いたセンシングにおける光学収差の影響
- 機械学習によるナノダイヤモンド量子センサの磁場イメージング
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件