豊技大ら,ダイヤモンド磁気センサーの感度向上

豊橋技術科学大学と東京大学は,ナノ構造を利用した構造設計により,ダイヤモンド量子センサーの感度がさらに向上できることを示した(ニュースリリース)。

窒素―空孔(NV)センターとは,ダイヤモンド中に形成される点欠陥であり,優れた光学・スピン特性を有している。そこで,ダイヤモンド中の集団NVセンターを量子センサーとして利用すれば,高感度な磁気検出が室温で可能なことが理論上知られており,次世代高性能磁気センサーとして注目されている。

ところが,これまでに報告されてきたNVセンターに基づく量子センサーは,超伝導量子干渉計といった既存のセンサーに比べると感度が低いことが問題だった。NVセンターからの発光検出効率を向上することができれば,磁気感度を改善できるが,ダイヤモンドの加工は技術的に難しいこともあり,集団NVセンターの発光取り出し効率向上に向けた設計は行なわれていなかった。

そこで研究では,高感度な磁気検出が可能なダイヤモンド量子センサーの実現に向けて,NVセンターの発光強度増強とその高効率な発光取り出しを可能にする共振器デバイス構造を提案した。この構造を利用すると,NVセンターの磁気感度をさらに向上することが可能となり,超伝導量子干渉計といった既存のセンサーと同等の数十fT/Hz1/2の感度が期待されるという。

さらに,デバイスサイズが数μmと小型なため,必要となる光パワーの大幅な低減も可能となる。

研究グループは,既存のダイヤモンド加工技術を活用して,このデバイスを作製できると考えている。最終的には,この研究の設計を他の集積技術や光通信技術と組み合わせ,次世代の実用的な量子センサーになるとしている。

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