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NV-センターのデコヒーレンス源の探索

眞榮 力, 増山　雄太, 宮川　仁, 阿部　浩之, 石井　秀弥, 誠一 佐伯, 小野田　忍, Takashi Taniguchi, 大島 武, 寺地 徳之

Published Sep 23, 2022• 0 citations
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Abstract

室温で長いスピン寿命を有するN Vセンターは次世代磁気センサーとして期待される。特にスピン寿命T2磁気は感度を決める重要パラメーターであり、T2の延伸が必須である。この課題のために、NVセンターのT2を律速するデコヒーレンス源の構成要素を調べ た 。結果、T2はNVセンター自身、中性状態のNVセンターNV0、置換窒素Ns0の３種類のスピンバスによって律速することが分かった。

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アンサンブルNV-センターのデコヒーレンス源の探索

眞榮 力, 増山　雄太, 宮川　仁 +7 more

室温で長いスピン寿命を有するNV-センターは次世代磁気センサーとして期待される。特にスピン寿命:T2は磁気感度を決める重要パラメーターであり、T2の延伸が必須である。この課題のために、NV-センターのT2を律速するデコヒーレンス源の構成要素を調べた。本研究では、NV-スピンと磁気双極子相互作用を介するデコヒーレンス源:スピンバスに着目した。最初に電子線照射＋アニール処理によってppmオーダーのNVセンターを形成し、T2を複数のダイヤモンドサンプルで評価した。T2と[NPM]( =[NV-]+[NV0]+[Ns0])との反比例関係から、T2はNV-センター自身、中性状態のNVセンター(NV0)、置換窒素(Ns0)の３種類のスピンバスによって律速することが分かった。

•Sep 23, 2022•0 citations

交差型広帯域高周波導波路基板を用いた，アンサンブルNVセンタのスピン横緩和時間T2*伸長の検証

上坪 優希, Yuki Kamitsubo, 雄太 増山 +5 more

•Mar 1, 2021•0 citations

シリコン空孔量子センサによる基底・励起準位同時共鳴法を用いた磁場・温度同時計測の最適化

田中友晃, 山崎 雄一, 児島　一聡 +1 more

1. 研究背景・目的 炭化ケイ素(SiC)中のシリコン空孔(VSi)は量子センサとして使用可能であり、デバイス中に作製することでデバイス内部の磁場・温度を高精度・高空間分解能で測定できる点から注目されている[1, 2]。VSi量子センサを用いた磁場・温度計測には基底(磁場)および励起(温度)準位の光検出磁気共鳴(ODMR)測定が必要である。測定効率向上のためには、基底・励起状態同時測定が望ましい。しかし、基底準位のODMRコントラスト(感度)と比較して励起準位のコントラストは1桁程度小さいため、温度測定が測定時間を律速してしまう。この問題の解決策として我々は、基底・励起準位の同時共鳴により基底準位側のコントラストが変調されることを利用した新規温度計測手法、同時共鳴(SR)ODMRを提案し、効果を実証した[3]。この方法は基底準位側のコントラストの一部を励起準位側のコントラストに転換するものであるため、SR法を用いた磁場・温度同時計測では測定時間を最小化するための条件最適化が必須である。そこで本研究では、SR ODMRによる同時測定に用いるRFの出力比を最適化することを目的とした。 2. 実験 p型 4H-SiC エピタキシャル薄膜(5.6 µm)付き基板に対して粒子線描画法(イオン種: He, エネルギー: 0.5 MeV, 照射量: 3×105 /dot)を用いてVSiドットを形成した。ドットサイズ、深さはそれぞれ5×5 µm2、~1 µmである。測定には信号発生器3台を使用し、1台はSRの基底準位共鳴用に周波数(70 MHz)に固定、残りの2台を基底及び励起準位の共鳴周波数近傍で掃引させ(20-170, 300-600 MHz)、基底及び励起準位のODMR測定を行った。 3. 結果・考察 図にSR法を用いた基底・励起準位ODMR同時測定のスペクトルを示す。基底・励起準位の共鳴によるODMRコントラスト(図中赤・青矢印)が観察されている。500 MHzにもディップ(緑矢印)が認められる。ここは掃引条件から、基底準位測定側の掃引周波数70MHz前後にあたる周波数領域であり、SRおよび基底準位ODMR測定用RFの両方で基底準位の共鳴が生じている。これらの競合が起きた結果、SR ODMR側の500 MHz前後にディップが現れたと考えられる。基底・励起準位の共鳴による信号強度の大きさ(感度に対応)に着目し、SRおよび基底測定用RFの出力比を変えて測定を行った結果、SR及び基底準位ODMR測定用RFの出力比=1:9でODMRコントラストの大きさがほぼ同等となった。この出力比条件ではSRの信号強度は通常の励起準位測定の4倍以上であり高速化が達成されたと考えられる。当日はその詳細を報告する。 [1] M. Niethammer et al., Phys. Rev. Appl. 6, 034001 (2016). [2] T. M. Hoang et al., Appl. Phys. Lett. 118, 044001 (2021). [3] 山崎 雄一 他, 第69回応用物理学会春季学術講演会 25a-E301-1

•Dec 7, 2022•0 citations

On Divergence of Decoherence Factor in Quantum Cosmology

隆 岡村

岡村 隆 I 東工大理 物理 平成 8年 4月 3 0日 1 I n t r o d u c t i o n 量子論を普遍的な理論と考える立場では､古典論はある条件の下で､そ こか ら導かれるべき近似 理論である｡さらにこの立場では､宇宙でさえも量子論に従うと考え られ るが､実際に我々が観測す る宇宙は非常に良い精度で古典論に従 っている｡ この " 量子宇宙からの古典的宇宙の出現"など､古典化の問題を説明す るためには､非ユニタリー 発展が必要であるが､宇宙の場合､それは自然に導入 される｡ なぜな ら､我 々の観測できる範囲は､ 全宇宙の一部であ り､それ以外は環境 ( 熟浴)として働 くか らである｡( このことは､古典化の閉篭 に限 らず､実際に我々が観測する事象を記述す るためにも､観測可能な宇宙を開いた系 として記述 し､その縮約 された d yn a mi c sを理解す ることが重要であることを意味す る｡ ) " E n v i r o n me n t I n d u c e dS u p e r s e l e c t i o nRu l e s "川 のパラダイムに従 って､t o ymo d e l を通 して宇 宙の古典化を議論する仕事が数々なされてお り､一応の成功が収め られているが､い くつかの問題点 が残 されている.その一つに､pe r f e c t d e c o h e r e n c eの問題がある日 2 , 3 , 4 1これは､環境系が無限自 由度であることか ら､d e n s i t yma t r i xの非対角項が完全に 0となる結果 ( 無限横の発散)を与える もので､これにより､対応す る Wi g n e r関数が p e a kを持てな くな り､古典化の条件の 1 つである､ c l a 缶i c a l c o r r e l a t i o nが満たせな くなるという問題である｡ 通例は､適当に c u t o f fを導入 して この困難を避 けるが､結果 ( 宇宙が古典化されているか否か) が､この c u t o f Hこ 強 く依存 してしまう｡【 2 , 5 , 6 】 またこの発散は通例の繰 り込み処方では取 り除けな いことが知 られている｡【 4 】 p er ぬ : td e c o h e r e n c eの閉篭以外に､環境変数の選択の自由度による r e d u c e dd e n si t yma t r i xの 任意性の問題があるol 7 】 例えば､s c a la rf i e l d◎ による､s c a lef a c t o ra ( 宇宙の大きさを表す変数) の d e c o h e r e n c eを議論する際､環境変数 として 中 や α 中 など､様 々な ものを用いることができ､そ れに応 じて aの r e d u c e dd e n s i t yma t r i xは異なるものとなるが､ どの選択が 自然なのだろうか ?一 Pmg ･ Tb e o r ･ Pb y s ･9 5 ( 1 9 9 6 ) , 5 6 5 I Bma i l : o k a mu r a @t h ･ p h y s ･ t i t e c h ･ a c ･ J p

物性研究•Oct 20, 1997•0 citations

交差型広帯域高周波導波路基板を用いた, アンサンブルNVセンタのスピン横緩和時間T2*伸長の検証

T. Sekiguchi, Yuki Kamitsubo, 雄太 増山 +15 more

広帯域の交差コプレーナー導波路を用いてT2*を伸長した結果を報告する。

•Mar 18, 2021•0 citations

The fine structure of the neutral nitrogen‐vacancy center in diamond

M. S. J. Barson, Elmars Krausz, Neil B. Manson +1 more

Abstract The nitrogen‐vacancy (NV) center in diamond is a widely utilized system due to its useful quantum properties. Almost all research focuses on the negative charge state (NV − ) and comparatively little is understood about the neutral charge state (NV 0 ). This is surprising as the charge state often fluctuates between NV 0 and NV − during measurements. There are potentially under‐utilized technical applications that could take advantage of NV 0 , either by improving the performance of NV 0 or utilizing NV − directly. However, the fine structure of NV 0 has not been observed. Here, we rectify this lack of knowledge by performing magnetic circular dichroism measurements that quantitatively determine the fine structure of NV 0 . The observed behavior is accurately described by spin‐Hamiltonians in the ground and excited states with the ground state yielding a spin‐orbit coupling of λ = 2.24 ± 0.05 GHz and a orbital g ‐factor of 0.0186 ± 0.0005. The reasons why this fine structure has not been previously measured are discussed and strain‐broadening is concluded to be the likely reason.

arXiv:1905.09037•Nanophotonics•Jun 1, 2018•35 citations
室温で長いスピン寿命を有するN Vセンターは次世代磁気センサーとして期待される。特にスピン寿命T2磁気は感度を決める重要パラメーターであり、T2の延伸が必須である。この課題のために、NVセンターのT2を律速するデコヒーレンス源の構成要素を調べ た 。結果、T2はNVセンター自身、中性状態のNVセンターNV0、置換窒素Ns0の３種類のスピンバスによって律速することが分かった。
室温で長いスピン寿命を有するNV-センターは次世代磁気センサーとして期待される。特にスピン寿命:T2は磁気感度を決める重要パラメーターであり、T2の延伸が必須である。この課題のために、NV-センターのT2を律速するデコヒーレンス源の構成要素を調べた。本研究では、NV-スピンと磁気双極子相互作用を介するデコヒーレンス源:スピンバスに着目した。最初に電子線照射＋アニール処理によってppmオーダーのNVセンターを形成し、T2を複数のダイヤモンドサンプルで評価した。T2と[NPM]( =[NV-]+[NV0]+[Ns0])との反比例関係から、T2はNV-センター自身、中性状態のNVセンター(NV0)、置換窒素(Ns0)の３種類のスピンバスによって律速することが分かった。
1. 研究背景・目的 炭化ケイ素(SiC)中のシリコン空孔(VSi)は量子センサとして使用可能であり、デバイス中に作製することでデバイス内部の磁場・温度を高精度・高空間分解能で測定できる点から注目されている[1, 2]。VSi量子センサを用いた磁場・温度計測には基底(磁場)および励起(温度)準位の光検出磁気共鳴(ODMR)測定が必要である。測定効率向上のためには、基底・励起状態同時測定が望ましい。しかし、基底準位のODMRコントラスト(感度)と比較して励起準位のコントラストは1桁程度小さいため、温度測定が測定時間を律速してしまう。この問題の解決策として我々は、基底・励起準位の同時共鳴により基底準位側のコントラストが変調されることを利用した新規温度計測手法、同時共鳴(SR)ODMRを提案し、効果を実証した[3]。この方法は基底準位側のコントラストの一部を励起準位側のコントラストに転換するものであるため、SR法を用いた磁場・温度同時計測では測定時間を最小化するための条件最適化が必須である。そこで本研究では、SR ODMRによる同時測定に用いるRFの出力比を最適化することを目的とした。 2. 実験 p型 4H-SiC エピタキシャル薄膜(5.6 µm)付き基板に対して粒子線描画法(イオン種: He, エネルギー: 0.5 MeV, 照射量: 3×105 /dot)を用いてVSiドットを形成した。ドットサイズ、深さはそれぞれ5×5 µm2、~1 µmである。測定には信号発生器3台を使用し、1台はSRの基底準位共鳴用に周波数(70 MHz)に固定、残りの2台を基底及び励起準位の共鳴周波数近傍で掃引させ(20-170, 300-600 MHz)、基底及び励起準位のODMR測定を行った。 3. 結果・考察 図にSR法を用いた基底・励起準位ODMR同時測定のスペクトルを示す。基底・励起準位の共鳴によるODMRコントラスト(図中赤・青矢印)が観察されている。500 MHzにもディップ(緑矢印)が認められる。ここは掃引条件から、基底準位測定側の掃引周波数70MHz前後にあたる周波数領域であり、SRおよび基底準位ODMR測定用RFの両方で基底準位の共鳴が生じている。これらの競合が起きた結果、SR ODMR側の500 MHz前後にディップが現れたと考えられる。基底・励起準位の共鳴による信号強度の大きさ(感度に対応)に着目し、SRおよび基底測定用RFの出力比を変えて測定を行った結果、SR及び基底準位ODMR測定用RFの出力比=1:9でODMRコントラストの大きさがほぼ同等となった。この出力比条件ではSRの信号強度は通常の励起準位測定の4倍以上であり高速化が達成されたと考えられる。当日はその詳細を報告する。 [1] M. Niethammer et al., Phys. Rev. Appl. 6, 034001 (2016). [2] T. M. Hoang et al., Appl. Phys. Lett. 118, 044001 (2021). [3] 山崎 雄一 他, 第69回応用物理学会春季学術講演会 25a-E301-1
岡村 隆 I 東工大理 物理 平成 8年 4月 3 0日 1 I n t r o d u c t i o n 量子論を普遍的な理論と考える立場では､古典論はある条件の下で､そ こか ら導かれるべき近似 理論である｡さらにこの立場では､宇宙でさえも量子論に従うと考え られ るが､実際に我々が観測す る宇宙は非常に良い精度で古典論に従 っている｡ この " 量子宇宙からの古典的宇宙の出現"など､古典化の問題を説明す るためには､非ユニタリー 発展が必要であるが､宇宙の場合､それは自然に導入 される｡ なぜな ら､我 々の観測できる範囲は､ 全宇宙の一部であ り､それ以外は環境 ( 熟浴)として働 くか らである｡( このことは､古典化の閉篭 に限 らず､実際に我々が観測する事象を記述す るためにも､観測可能な宇宙を開いた系 として記述 し､その縮約 された d yn a mi c sを理解す ることが重要であることを意味す る｡ ) " E n v i r o n me n t I n d u c e dS u p e r s e l e c t i o nRu l e s "川 のパラダイムに従 って､t o ymo d e l を通 して宇 宙の古典化を議論する仕事が数々なされてお り､一応の成功が収め られているが､い くつかの問題点 が残 されている.その一つに､pe r f e c t d e c o h e r e n c eの問題がある日 2 , 3 , 4 1これは､環境系が無限自 由度であることか ら､d e n s i t yma t r i xの非対角項が完全に 0となる結果 ( 無限横の発散)を与える もので､これにより､対応す る Wi g n e r関数が p e a kを持てな くな り､古典化の条件の 1 つである､ c l a 缶i c a l c o r r e l a t i o nが満たせな くなるという問題である｡ 通例は､適当に c u t o f fを導入 して この困難を避 けるが､結果 ( 宇宙が古典化されているか否か) が､この c u t o f Hこ 強 く依存 してしまう｡【 2 , 5 , 6 】 またこの発散は通例の繰 り込み処方では取 り除けな いことが知 られている｡【 4 】 p er ぬ : td e c o h e r e n c eの閉篭以外に､環境変数の選択の自由度による r e d u c e dd e n si t yma t r i xの 任意性の問題があるol 7 】 例えば､s c a la rf i e l d◎ による､s c a lef a c t o ra ( 宇宙の大きさを表す変数) の d e c o h e r e n c eを議論する際､環境変数 として 中 や α 中 など､様 々な ものを用いることができ､そ れに応 じて aの r e d u c e dd e n s i t yma t r i xは異なるものとなるが､ どの選択が 自然なのだろうか ?一 Pmg ･ Tb e o r ･ Pb y s ･9 5 ( 1 9 9 6 ) , 5 6 5 I Bma i l : o k a mu r a @t h ･ p h y s ･ t i t e c h ･ a c ･ J p
Abstract The nitrogen‐vacancy (NV) center in diamond is a widely utilized system due to its useful quantum properties. Almost all research focuses on the negative charge state (NV − ) and comparatively little is understood about the neutral charge state (NV 0 ). This is surprising as the charge state often fluctuates between NV 0 and NV − during measurements. There are potentially under‐utilized technical applications that could take advantage of NV 0 , either by improving the performance of NV 0 or utilizing NV − directly. However, the fine structure of NV 0 has not been observed. Here, we rectify this lack of knowledge by performing magnetic circular dichroism measurements that quantitatively determine the fine structure of NV 0 . The observed behavior is accurately described by spin‐Hamiltonians in the ground and excited states with the ground state yielding a spin‐orbit coupling of λ = 2.24 ± 0.05 GHz and a orbital g ‐factor of 0.0186 ± 0.0005. The reasons why this fine structure has not been previously measured are discussed and strain‐broadening is concluded to be the likely reason.