Challenges
Datasets
Workspaces
Papers
Discussions
Leaderboard
Log inSign up
Challenges
Datasets
Workspaces
Papers
Discussions
Leaderboard
Blog
Job Board
Q3AS

© 2026 Aqora Quantum S.A.S.

TermsPrivacyLegal Notice

ボロンドープダイヤモンド回路を用いた高温高圧力環境下の量子センシング

大隈 理央, 松本 凌, 忍 小野田, 健二 太田, Yoshihiko Takano, Keigo Arai

Published Sep 9, 2025• 0 citations
OpenAlex

Abstract

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。

Related papers

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 +10 more

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。

•Sep 16, 2024•0 citations

高精度単一NVセンター形成に向けたレーザー冷却イオン源の開発

穂坂　綱一

ダイヤモンドなどの規則的な結晶格子中で、あるべき原子がない点欠陥(空孔: Vacancy; V)や、不純物原子での置換は、本来なら透明な結晶を着色させる要因になることから色中心とも呼ばれる。特にダイヤモンド中で、空孔(V)と窒素原子(N)が結合した複合欠陥であるNV中心は、単一欠陥での繰り返し計測が可能であり、量子ビットや量子中継機、量子センサーとして近年注目を集めている。NV中心は窒素原子イオンのダイヤモンド基板への注入により形成される。ポスターでは、100nmオーダーの光共振器の最適な位置、深さに単一NV中心を形成するために、現在QST高崎研で開発している、単一のレーザ―冷却イオンをトラップから引き出しダイヤモンド基板へ注入する装置の現状について紹介する。

•Jun 12, 2026•0 citations

NVセンターの量子特性の空間分布計測を用いたCVDダイヤモンドの評価

増山 雄太, 陳 君, 阿部　浩之 +1 more

本研究では、CVDダイヤモンドの成長断面に対し、内部のNVセンターをプローブとしてコヒーレンス時間の空間分布を計測し、結晶性の変化を可視化した。これにより、従来は局所的な情報しか得られなかったCVD成長過程における結晶内部の品質変化を、高い空間分解能で可視化することに成功した。

•Nov 12, 2025•0 citations

低温・高圧力下におけるNV−中心のゼロフォノンライン観測

大隈 理央, Misaki Sasaki, 木村詠吉 +9 more

ダイヤモン ド中の点欠陥である負に帯電した窒素一空孔(NV-)中心は、スピン量子数S= 1を持つ量子系であり、基底状態が温度 •圧力 •磁場に応答 して変化する こと から、これ ら物理量の高感度センサと して機能する。近年、高圧力下でも量子センサと して動作する 利点を生かし、 水素化物超伝導体のマイスナー効果観測への応用が報告されている [1]O 常温・常圧ではNV一中心のゼロフォノンライン (ZPL) が約 637nm に現れる。ZPL の位置は温度や圧力に伴ってシフ トするが、高圧力印加時には図 1 に示すよ う に短波 長側へ移動することが知られている [2,3]。これまでに温度変化あるいは圧力変化の一方 の効果を詳細に調べた研究は多いものの、両者を同時に制御した測定は限られている。特 にダイヤモンドアンビルセル (DAC) では、温度変化に伴い試料室圧力が変動するため、 温度 . 圧力を独立に校正しつつ ZPL を計測する こ と は容易ではない。本研究では、SPring-8 BL10XU において放射光 X 線回折 と 分 光測定を同時に実施し、状態方程式に基づく 圧力校正の下で低温 ・ 高圧力環境における ZPL の計測を試みた。図2に10Kに おける各圧力のフォ トルミネッセンス (PL)スペク トルを示す。 圧力は Mg。 の状態方程式 [4]よ り 推定 した。低温において も加 圧に伴いZPL が短波長側にシフ トする。実験の詳細および他の 結果については、講演当日 に報告する。

•Sep 18, 2025•0 citations

ダイヤモンド中 NV 中心アンサンブルの環境ノイズ解析

寛 林, 雄一郎 松崎, 芦田 貴紀 +12 more

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。

•Feb 28, 2020•0 citations

超高位置精度の単一色中心形成に向けたレーザー冷却イオン源の開発

穂坂　綱一, 飯澤　正登実, 柏木　啓次 +13 more

ダイヤモンドなどの規則的な結晶格子中で、あるべき原子がない点欠陥(空孔: Vacancy; V)や、不純物原子での置換は、本来なら透明な結晶を着色させる要因になることから色中心とも呼ばれる。特にダイヤモンド中で、空孔(V)と窒素原子(N)が結合した複合欠陥であるNV中心は、単一欠陥での繰り返し計測が可能であり、常温、大気圧下で動作可能な、量子ビットや量子中継器、量子センサー素子として近年、注目を集めている。 NV中心生成法の一つにイオン注入がある。ダイヤモンド基板に数keV以上の窒素原子イオンを注入し熱処理を行うと、高エネルギーイオン注入で生成する多くの点欠陥(V)と、注入した窒素原子(N)が結合し、ビームサイズの領域内にNV中心が確率的に生成される。量子ビットや量子中継器等の量子性を利用した応用では、想定外の相互作用はコヒーレンスを劣化させるため、目的の領域内に単一の色中心のみが存在していることが望ましい。ビームサイズはマスク等で限定し、単純にイオン数を減らす確率的なイオン注入では、2イオンの同時注入が無いほどイオンを減らすと、大半が0イオンとなる。我々は、高い位置精度で単一色中心を決定論的に生成する方法として、イオントラップを利用したレーザー冷却イオン源を開発している。この方法では、単一イオンのみをイオントラップから射出し、100%注入する。また、mKレベルまでレーザー冷却したイオンを適切なレンズで収束させ、数nmの位置精度で注入する。 量子中継器の実現に向け、100nmオーダーの作り込んだダイヤモンド構造体に100nmの深さでの単一NV中心を配置するための、レーザ―冷却イオン源を開発している。レーザ―冷却によりトラップ中で静止させ形成するクーロン結晶から単一イオンを引き出し、+50kVの静電場により加速し、ダイヤモンド基板に注入する。1価のN+イオンの注入では50keVで、2価のN2+イオンでは100keVで注入される。 開発中のレーザー冷却イオン源の概要を図１(a)に示す。様々なイオンを冷却・注入するため、冷却が容易なCa+イオンを冷媒としてレーザー冷却する。外部イオン源で生成したN2+イオンをイオントラップに導入し、レーザー冷却Ca+イオンと共存させることで、直接はレーザー冷却されないN2+イオンもイオン間の相互作用により1mK程度まで冷却される(共同冷却)。+50kVに昇圧したトラップから射出されたN2+イオンは、静電レンズにより、加速・収束されながら、接地されたダイヤモンド基板に数十nmの位置精度で注入され、100nmの深さで停止する。イオン注入で生成した点欠陥(V)と、単一窒素原子(N)をレーザー加熱で熱処理し、形成した単一NV中心を共焦点顕微鏡で、その場観察する。NV中心が観察されない場合には、観測されるまで、点欠陥(V)を追加する。 最近、立ち上げ中のレーザー冷却イオン源実機で、Ca+のレーザ―冷却によるクーロン結晶の形成に成功した。

•Mar 28, 2024•0 citations
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。
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。
ダイヤモンドなどの規則的な結晶格子中で、あるべき原子がない点欠陥(空孔: Vacancy; V)や、不純物原子での置換は、本来なら透明な結晶を着色させる要因になることから色中心とも呼ばれる。特にダイヤモンド中で、空孔(V)と窒素原子(N)が結合した複合欠陥であるNV中心は、単一欠陥での繰り返し計測が可能であり、量子ビットや量子中継機、量子センサーとして近年注目を集めている。NV中心は窒素原子イオンのダイヤモンド基板への注入により形成される。ポスターでは、100nmオーダーの光共振器の最適な位置、深さに単一NV中心を形成するために、現在QST高崎研で開発している、単一のレーザ―冷却イオンをトラップから引き出しダイヤモンド基板へ注入する装置の現状について紹介する。
ダイヤモン ド中の点欠陥である負に帯電した窒素一空孔(NV-)中心は、スピン量子数S= 1を持つ量子系であり、基底状態が温度 •圧力 •磁場に応答 して変化する こと から、これ ら物理量の高感度センサと して機能する。近年、高圧力下でも量子センサと して動作する 利点を生かし、 水素化物超伝導体のマイスナー効果観測への応用が報告されている [1]O 常温・常圧ではNV一中心のゼロフォノンライン (ZPL) が約 637nm に現れる。ZPL の位置は温度や圧力に伴ってシフ トするが、高圧力印加時には図 1 に示すよ う に短波 長側へ移動することが知られている [2,3]。これまでに温度変化あるいは圧力変化の一方 の効果を詳細に調べた研究は多いものの、両者を同時に制御した測定は限られている。特 にダイヤモンドアンビルセル (DAC) では、温度変化に伴い試料室圧力が変動するため、 温度 . 圧力を独立に校正しつつ ZPL を計測する こ と は容易ではない。本研究では、SPring-8 BL10XU において放射光 X 線回折 と 分 光測定を同時に実施し、状態方程式に基づく 圧力校正の下で低温 ・ 高圧力環境における ZPL の計測を試みた。図2に10Kに おける各圧力のフォ トルミネッセンス (PL)スペク トルを示す。 圧力は Mg。 の状態方程式 [4]よ り 推定 した。低温において も加 圧に伴いZPL が短波長側にシフ トする。実験の詳細および他の 結果については、講演当日 に報告する。
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。
ダイヤモンドなどの規則的な結晶格子中で、あるべき原子がない点欠陥(空孔: Vacancy; V)や、不純物原子での置換は、本来なら透明な結晶を着色させる要因になることから色中心とも呼ばれる。特にダイヤモンド中で、空孔(V)と窒素原子(N)が結合した複合欠陥であるNV中心は、単一欠陥での繰り返し計測が可能であり、常温、大気圧下で動作可能な、量子ビットや量子中継器、量子センサー素子として近年、注目を集めている。 NV中心生成法の一つにイオン注入がある。ダイヤモンド基板に数keV以上の窒素原子イオンを注入し熱処理を行うと、高エネルギーイオン注入で生成する多くの点欠陥(V)と、注入した窒素原子(N)が結合し、ビームサイズの領域内にNV中心が確率的に生成される。量子ビットや量子中継器等の量子性を利用した応用では、想定外の相互作用はコヒーレンスを劣化させるため、目的の領域内に単一の色中心のみが存在していることが望ましい。ビームサイズはマスク等で限定し、単純にイオン数を減らす確率的なイオン注入では、2イオンの同時注入が無いほどイオンを減らすと、大半が0イオンとなる。我々は、高い位置精度で単一色中心を決定論的に生成する方法として、イオントラップを利用したレーザー冷却イオン源を開発している。この方法では、単一イオンのみをイオントラップから射出し、100%注入する。また、mKレベルまでレーザー冷却したイオンを適切なレンズで収束させ、数nmの位置精度で注入する。 量子中継器の実現に向け、100nmオーダーの作り込んだダイヤモンド構造体に100nmの深さでの単一NV中心を配置するための、レーザ―冷却イオン源を開発している。レーザ―冷却によりトラップ中で静止させ形成するクーロン結晶から単一イオンを引き出し、+50kVの静電場により加速し、ダイヤモンド基板に注入する。1価のN+イオンの注入では50keVで、2価のN2+イオンでは100keVで注入される。 開発中のレーザー冷却イオン源の概要を図１(a)に示す。様々なイオンを冷却・注入するため、冷却が容易なCa+イオンを冷媒としてレーザー冷却する。外部イオン源で生成したN2+イオンをイオントラップに導入し、レーザー冷却Ca+イオンと共存させることで、直接はレーザー冷却されないN2+イオンもイオン間の相互作用により1mK程度まで冷却される(共同冷却)。+50kVに昇圧したトラップから射出されたN2+イオンは、静電レンズにより、加速・収束されながら、接地されたダイヤモンド基板に数十nmの位置精度で注入され、100nmの深さで停止する。イオン注入で生成した点欠陥(V)と、単一窒素原子(N)をレーザー加熱で熱処理し、形成した単一NV中心を共焦点顕微鏡で、その場観察する。NV中心が観察されない場合には、観測されるまで、点欠陥(V)を追加する。 最近、立ち上げ中のレーザー冷却イオン源実機で、Ca+のレーザ―冷却によるクーロン結晶の形成に成功した。