SAMURAI - NIMS Researchers Database

HOME > Profile > TERAJI, Tokuyuki

Research

Keywords

薄膜・表面界面物性 電子・電気材料工学 無機材料・物性

PublicationsNIMS affiliated publications since 2004.

Society memberships

応用物理学会, ニューダイヤモンドフォーラム

Awards

  • 応用物理学会 講演奨励賞(2003年) ()
Research Center for Electronic and Optical Materials
Title

ダイヤモンド結晶成長と量子デバイス応用

Keywords

ダイヤモンド,CVD,エピタキシャル,高純度,量子センシング,半導体

Overview

ダイヤモンドNVセンタを用いた量子磁気センサを実用化するためには、センサ感度の更なる向上が不可欠と言われている。私たちは、ダイヤモンド結晶成長技術を高めることで結晶中に形成されるNVセンタの量子特性を向上させ、磁気センサを高感度化する研究を行っている。特に、結晶中のNVセンタや窒素の濃度を精密に制御すること、NVセンタのスピンコヒーレンス時間T2(スピン状態を保持する時間であり、高感度化にはT2を長くする必要がある)を短くする不純物や欠陥を低減すること、NVセンタの空間配置をナノスケールで制御すること、結晶サイズを大型化することに焦点を置いて、現在研究を進めている。

Novelty and originality

量子応用に適した高度なダイヤモンド結晶成長技術
結晶成長、量子・光特性評価、点欠陥構造特定をシームレスに実施できる研究環境
量子センサ感度を向上するための窒素濃度の精密制御
CVD法によるダイヤモンド結晶の大型化
12Cダイヤモンド結晶などの同位体制御

Details

image

量子センシング用ダイヤモンド結晶を創製するために私たちが実施している研究方法を図に示している。①NVセンタ形成:化学気相成長(CVD)法と高温高圧合成(HPHT)法を用いて様々な窒素ドープダイヤモンドを成長したり、各環境で熱処理を行ったりする。②スピン特性評価:パルス型光磁気共鳴分光(ODMR)法を用いてダイヤモンド結晶のスピン特性を評価する。共焦点型PL、ESR、FTIRなどの複数の分光評価を用い、さらに様々な結晶を評価することで、結晶の量子特性を正確に把握する。③NVセンタ形成学理構築:ステップ①と②からダイヤモンド結晶中に形成されている点欠陥の種類や濃度を類推し、これらがNVセンタのスピン特性に与える影響を定量的に調べる。ステップ③の結果から、ダイヤモンド結晶成長条件を見直し、新たな条件でのダイヤモンド成長を実施する。このように結晶成長、量子・光特性評価、点欠陥構造特定をシームレスに実施することで、NVセンタのスピン特性を確実に向上させることができる。

Summary

量子センサ感度を高めるために、現在世界の多くの機関がしのぎを削っている。その多くが測定方法に対する工夫であり、一方で感度向上に最もインパクトがある「ダイヤモンド結晶へNVセンタの高度な作りこみ」は、難易度が高いために実施機関は世界的にも限られている。NIMSではCVD成長、HPHT成長、量子・光物性評価、計算・理論のメンバーでチームを構成し、この困難な課題に対して多角的・包括的に検討している。この研究体制により、ダイヤモンドNVセンタの特性が確実に向上している。今後はダイヤモンドNVセンタ以外のスピン欠陥にも着目して、研究を実施する予定である。

この機能は所内限定です。
この機能は所内限定です。

▲ Go to the top of this page