双極子双極子相互作用を制御したNVセンターの作成エンジニアリング

Fabrication engineering of NV centers of controlling the dipole-dipole interactions

小野田 忍; 山本 卓; 阿部 浩之; 花屋 博秋; 大島 武; 谷口 尚*; 寺地 徳之*; 渡邊 賢司*; 小泉 聡*; 神田 久生*; 磯谷 順一*; 梅田 享英*; 角谷 均*; Jelezko, F.*; Wrachtrup, J.*

Onoda, Shinobu; Yamamoto, Takashi; Abe, Hiroshi; Hanaya, Hiroaki; Oshima, Takeshi; Taniguchi, Takashi*; Teraji, Tokuyuki*; Watanabe, Kenji*; Koizumi, Satoshi*; Kanda, Hisao*; Isoya, Junichi*; Umeda, Takahide*; Sumiya, Hitoshi*; Jelezko, F.*; Wrachtrup, J.*

量子情報素子や磁気センサーへの応用,超伝導キュービットとのハイブリッド系が注目されている窒素-空孔(NV)センターでは、電子スピンを持つ不純物窒素や欠陥による双極子場,C核スピンの双極子場,他のNVセンターの双極子場など、コヒーレンス時間を短くする要因をできるだけ排除して、最適の濃度あるいは配列を作成するエンジニアリングが求められる。窒素濃度,同位体濃度の異なる結晶にイオン照射や熱処理,高温電子線照射を行い、それぞれの応用に対して最適のものを求める試みを行った。熱処理を800から1200Cまで変化させてNVセンターやそれ以外の欠陥を調べた結果、1000Cの熱処理が最も優れていることを明らかにできた。また、マイクロビームとシングルイオンヒット技術を利用して、量子情報素子の最も基本的なNVセンターのペアを作成することに成功した。さらに、空孔が格子中を動き回るような高温(700C)の電子線照射を用いることにより、NVセンターの広い濃度領域(230ppm)に渡って、コヒーレンス時間が、残存する窒素の双極子場の搖動ではなく、NVセンター同士の双極子双極子相互作用で決まるような作成法に成功した。

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