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大気圧熱処理におけるIV族Vセンター形成の温度依存性評価

梅津智弥, Kimura Kosuke, 忍 小野田, 新谷　一騎, 蓮沼　倫弥, Ｂｉｓｗａｓ　Ｂｉｓｗａｊｉｔ, 竹中　康太, Sone Hayato

Published Sep 8, 2026• 0 citations
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Abstract

ダイヤモンド中のIV 族Vセンターは極低温においてミリ秒単位の長いスピン緩和時間が期待できるほか、ゼロフォノン線（ZPL: Zero Phonon Line）からの発光が強く、単一光子源として応用が期待される。我々はIV族Vセンターの効率的な形成のため、通常用いられる高温高圧アニールではなく、汎用ランプ加熱炉を用いた大気圧下での熱処理最適化を進めてきた。我々の先行研究から、1800°Cの大気圧条件下において、熱処理時間が長くなるにしたがって形成効率が向上するが、SiVにおいてはピークを迎えた後に減少することを見出した[2]。SiVに関しては、1800℃では温度が高すぎる可能性が考えられる。本研究では、1000～1800°Cの温度領域において、IV族Vセンターの形成効率を調べた。

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

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

Zero-Phonon Lines: The Effect of a Strong Softening of Elastic Springs in the Excited State

V. Hizhnyakov, Helle Kaasik, Ilmo Sildos

The optical dephasing, caused by a quadratic interaction with acoustic phonons, is studied on the basis of the nonperturbative theory. The effect of a strong weakening of the elastic springs on the electronic transition is studied. It is found that, if the weakening brings the system close to the dynamical instability, then the usual ∝ T7 dependence of the homogeneous width of a zero-phonon line (ZPL) is replaced by the ∝ T3 dependence in a broad temperature interval. An equation is derived which describes the additional broadening of a ZPL caused by the dynamical instability of the final state. The model explains the temperature broadening and shift of the zero-phonon lines of some nitrogen-containing centers in diamond crystals.

physica status solidi (b)•Nov 1, 2002•53 citations

低温加圧下によるNV⁻センターの巨大なゼロフォノン線分裂の観測

大隈 理央, 佐々木岬, 木村詠吉 +10 more

本研究では、ダイヤモンドアンビルセルを用いて、低温加圧下におけるNV⁻センターのZPLの圧力依存性を調べた。図1に、低温加圧下で測定したZPLスペクトルを示す。加圧は10 Kで実施した。加圧に伴いZPLは明瞭に分裂し、この分裂は100 K以上の温度領域においても観測された。これらの結果は、低温下で圧力を印加することによりNV⁻中心に大きな対称性の破れが生じていることを示唆する。実験の詳細およびその他の結果については、講演当日に報告する。

•Sep 8, 2026•0 citations

Zero-phonon lines in the spectra of dysprosium atoms in superfluid helium

Peter Moroshkin, Kimitoshi Kōno

We present an experimental study of a zero-phonon line (ZPL) in the absorption spectrum of Dy atoms solvated in superfluid He. The dopants reside in nanometer-sized spherical cavities known as atomic bubbles. We observe a temperature-dependent broadening of ZPL in the absorption spectrum. The effect is attributed to the scattering of thermal phonons on the atomic bubble that leads to the dephasing of the Dy transition dipole. The extrapolated ZPL intrinsic spectral width at zero temperature is 2300 times larger than the natural linewidth in a free atom. This can be assigned to a fast radiationless quenching of the upper state of the studied transition.

arXiv:1812.05275•Physical review. B./Physical review. B•Mar 18, 2019•10 citations

Femtosecond Photon Echo In Solids: Selective Spectroscopy Not Using Zero-Phonon Lines

Игорь Сергеевич Осадько, M. V. Stashek

Fluorescence—line—narrowing, spectral hole—burning and single molecule spectroscopy are methods of selective spectroscopy using zero-phonon lines (ZPL) to make selection in molecular ensemble. However if electron-phonon coupling is strong or sample temperature is near to room temperature, ZPL are absent and the optical band consists of electron-phonon transitions which are called phonon-side-band (PSB). In these cases the above mentioned methods of selective spectroscopy do not work. Can we get an information concerning a homogeneous optical band from inhomogeneously broadened bands in these cases? The answer is yes if we use femtosecond photon echo.

Spectral Hole-Burning and Related Spectroscopies: Science and Applications•Jan 1, 1994•0 citations
ダイヤモンド中のIV 族Vセンターは極低温においてミリ秒単位の長いスピン緩和時間が期待できるほか、ゼロフォノン線（ZPL: Zero Phonon Line）からの発光が強く、単一光子源として応用が期待される。我々はIV族Vセンターの効率的な形成のため、通常用いられる高温高圧アニールではなく、汎用ランプ加熱炉を用いた大気圧下での熱処理最適化を進めてきた。我々の先行研究から、1800°Cの大気圧条件下において、熱処理時間が長くなるにしたがって形成効率が向上するが、SiVにおいてはピークを迎えた後に減少することを見出した[2]。SiVに関しては、1800℃では温度が高すぎる可能性が考えられる。本研究では、1000～1800°Cの温度領域において、IV族Vセンターの形成効率を調べた。
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。
The optical dephasing, caused by a quadratic interaction with acoustic phonons, is studied on the basis of the nonperturbative theory. The effect of a strong weakening of the elastic springs on the electronic transition is studied. It is found that, if the weakening brings the system close to the dynamical instability, then the usual ∝ T7 dependence of the homogeneous width of a zero-phonon line (ZPL) is replaced by the ∝ T3 dependence in a broad temperature interval. An equation is derived which describes the additional broadening of a ZPL caused by the dynamical instability of the final state. The model explains the temperature broadening and shift of the zero-phonon lines of some nitrogen-containing centers in diamond crystals.
本研究では、ダイヤモンドアンビルセルを用いて、低温加圧下におけるNV⁻センターのZPLの圧力依存性を調べた。図1に、低温加圧下で測定したZPLスペクトルを示す。加圧は10 Kで実施した。加圧に伴いZPLは明瞭に分裂し、この分裂は100 K以上の温度領域においても観測された。これらの結果は、低温下で圧力を印加することによりNV⁻中心に大きな対称性の破れが生じていることを示唆する。実験の詳細およびその他の結果については、講演当日に報告する。
We present an experimental study of a zero-phonon line (ZPL) in the absorption spectrum of Dy atoms solvated in superfluid He. The dopants reside in nanometer-sized spherical cavities known as atomic bubbles. We observe a temperature-dependent broadening of ZPL in the absorption spectrum. The effect is attributed to the scattering of thermal phonons on the atomic bubble that leads to the dephasing of the Dy transition dipole. The extrapolated ZPL intrinsic spectral width at zero temperature is 2300 times larger than the natural linewidth in a free atom. This can be assigned to a fast radiationless quenching of the upper state of the studied transition.
Fluorescence—line—narrowing, spectral hole—burning and single molecule spectroscopy are methods of selective spectroscopy using zero-phonon lines (ZPL) to make selection in molecular ensemble. However if electron-phonon coupling is strong or sample temperature is near to room temperature, ZPL are absent and the optical band consists of electron-phonon transitions which are called phonon-side-band (PSB). In these cases the above mentioned methods of selective spectroscopy do not work. Can we get an information concerning a homogeneous optical band from inhomogeneously broadened bands in these cases? The answer is yes if we use femtosecond photon echo.