Creation of nitrogen-vacancy centers in diamonds by nitrogen ion implantation

窒素イオン注入によるダイヤモンド中への窒素-空孔型センターの生成

大島 武; 山本 卓; 小野田 忍; 阿部 浩之; 佐藤 真一郎; Jahnke, K.*; Heller, P.*; Gerstmayr, A.*; Hussler, A.*; Naydenov, B.*; Jelezko, F.*; Dolde, F.*; Fedder, H.*; Honert, J.*; Wrachtrup, J.*; 寺地 徳之*; 谷口 尚*; 渡邊 賢司*; 小泉 聡*; Markham, M. L.*; Twitchen, D. J.*; 宮成 将志*; 梅田 享英*; 磯谷 順一*

Oshima, Takeshi; Yamamoto, Takashi; Onoda, Shinobu; Abe, Hiroshi; Sato, Shinichiro; Jahnke, K.*; Heller, P.*; Gerstmayr, A.*; Hussler, A.*; Naydenov, B.*; Jelezko, F.*; Dolde, F.*; Fedder, H.*; Honert, J.*; Wrachtrup, J.*; Teraji, Tokuyuki*; Taniguchi, Takashi*; Watanabe, Kenji*; Koizumi, Satoshi*; Markham, M. L.*; Twitchen, D. J.*; Miyanari, Masashi*; Umeda, Takahide*; Isoya, Junichi*

ダイヤモンド中のマイナスに帯電した窒素-空孔(NV)中心はスピンを利用した量子計算の観点から注目されている。高純度IIaダイヤモンドに窒素(N)イオンを注入することでNVの形成を試みた。本研究では、長いスピン緩和時間(T)を達成することを目的とし、スピン散乱の原因となるCを減少させた高濃度C (99.99%)のダイヤモンドを化学気相法を用いて成長した。Nイオンは、打ち込んだNと試料にもともと残留していたNを区別するため、Nイオンを用い、10MeVのエネルギーでのマイクロビーム照射を行った。Nを打ち込んだ領域を共焦点顕微鏡及びODMR(optically detected magnetic resonance)で評価したところ、N由来のNVとN由来のNVの両者が形成されることが見いだされた。Tを測定した結果、両者のNVとも2msであり、イオン注入を用いて形成したNVのこれまでの報告値より10倍程度長い値であることが判明した。

Negatively charged nitrogen-vacancy (NV) centers were created in high quality IIa diamonds by nitrogen (N) implantation. To identify implanted N atoms and their incident position, micro ion beams of N (natural abundance 0.37%) were applied. Since the reduction of C affects an increase in T, N implantation into a CVD diamond with high purity of C (99.99%) was carried out. As a result, the value of T for both NV and NV centers (NV centers are created from N atoms originally existing in the diamond and vacancy introduced by implantation after annealing) was obtained to be about 2 ms. By optically detected magnetic resonance (ODMR) measurements, the creation yield of both NV and NV was estimated.