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フォトニック結晶中のダイヤモンド窒素空孔中心の光学特性の評価

佐藤清貴, 黒川穂高, 寺地 徳之, 忍 小野田, 関口雄平, 小坂英男, 石田悟己, 松清秀次, 飯嶋広大, 池尙玟, 秀夫 大槻, 岩本 敏, Masao Nishioka

Published Sep 16, 2024• 0 citations
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Abstract

本研究では、ダイヤモンドフォトニック結晶を利用した量子トランスデューサの開発の第一段階として、フォトニック結晶中のアンサンブル NV 中心の光学特性評価を行った。レーザー照射により共振周波数をシフトさせ、共振周波数と NV 中心のゼロフォノン線（ZPL）が一致する点で発光効率が 9 倍に増大すること並びに緩和時間の変化を確認した。緩和時間の変化 か ら NV 中 心 の デ バ イ ワ ラ ー 因 子0.02~0.03 を考慮して求めたパーセル因子は最大で 8 程度と発光量の変化とおおよそ一致した。講演では、上記の結果に加え、現在予定している単一 NV での測定結果なども報告したい。

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NV 中心は量子情報分野での応用が期待されている。本研究では、様々なスピン濃度(窒素不純物(P1 中心)と NV 中心濃度の合計)を持つ 9 つのダイヤモンド試料に対し、ハーンエコー測定を行い理論式により解析を行った。その結果、スピン濃度が減少するにつれて、信号が指数関数的減衰から非指数関数的減衰に移り変わることが分かった。また、ノイズ相関時間とノイズ強度がスピン濃度に依存することが分かった。
ダイヤモンド中の点欠陥である負に帯電した窒素-空孔(NV)中心は、高温や高圧力下においても量子コヒーレンスを保持するため、極限環境下における量子センシングへの展開が期待されるが、高温かつ高圧力環境におけるNVセンシングを実現させた例は未だない。本研究では、ダイヤモンドアンビルセル とボロンドープダイヤモンド回路を用いた高温・高圧力下での光検出磁気共鳴を実施した。
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