【公開日：2023.07.31】【最終更新日：2024.06.25】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
22IT0058
利用課題名 / Title
ダイアモンド量子センサに関する研究
利用した実施機関 / Support Institute
東京工業大学 / Tokyo Tech.
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）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis（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）-
キーワード / Keywords
NVセンタ, ダイヤモンド, 量子センサ
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)
波多野 睦子
所属名 / Affiliation
東京工業大学
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
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
IT-032：共焦点ラマン顕微鏡
IT-033：マイクロ波プラズマCVD装置
IT-034：クライオ共焦点顕微鏡
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
ダイヤモンドの量子センサの高感度化には、ダイヤモンド中に存在する量子センサ(NVセンタ)を制御して形成することが必要である。本研究では、高いプラズマパワー密度を持つCVDを用いることでダイヤモンド薄膜中にNVセンタを形成した。CVD合成で形成したダイヤモンド薄膜を光学測定により評価した。
実験 / Experimental
マイクロ波プラズマCVD装置を用いて、単結晶ダイヤモンド基板上に制御したNVセンタを含むダイヤモンド薄膜をエピタキシャル成長させた。成長条件は、水素ガス流量：500 sccm、メタンガス流量：0.5 sccm、窒素ガス流量：0,02 sccm、マイクロ波パワー：3.0 kW、圧力：30 kWである。緑色レーザ励起によって、形成したダイヤモンド薄膜の共焦点光学系における評価を実施した。
結果と考察 / Results and Discussion
形状観察から、合成したダイヤモンド薄膜はステップフローモードで成長したことがわかった。これは、ダイヤモンド結晶内でNVセンタの軸方向を制御するために必要な成長モードである。ダイヤモンド膜内にNVセンタが形成されており、CVD合成中に導入した窒素ガスがプラズマで分解されたことによって得られたものである。ストレス分布は量子センサのスピンディフェージング時間を決める要因であるため、ダイヤモンド膜内のストレスをラマンピークから計測した。高パワー密度で合成された高配向NVセンタは、生成率をさらに向上させることで生体磁気計測が可能な高感度量子センサ材料としての活用が期待できる。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
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)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
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