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イオン照射による同位体濃縮ダイヤモンド結晶中窒素-空孔発光中心の単一スピン光検出磁気共鳴評価

Optically detected magnetic resonance of single spin of NV centers created by N ion implantation in carbon-12 enriched diamond

山本 卓; 小野田 忍; 大島 武; 寺地 徳之*; 渡邊 賢司*; 谷口 尚*; 小泉 聡*; 梅田 享英*; 磯谷 順一*; McGuinness, L.*; Christoph, M.*; Jahnke, K.*; Heller, P.*; Gerstmayr, A.*; H$"a$ussler, A.*; Naydenov, B.*; Jelezko, F.*; Dolde, F.*; Fedder, H.*; Honert, J.*; Wrachtrup, J.*; Markham, M.*; Twitchen, D.*

Yamamoto, Takashi; Onoda, Shinobu; Oshima, Takeshi; Teraji, Tokuyuki*; Watanabe, Kenji*; Taniguchi, Takashi*; Koizumi, Satoshi*; Umeda, Takahide*; Isoya, Junichi*; McGuinness, L.*; Christoph, M.*; Jahnke, K.*; Heller, P.*; Gerstmayr, A.*; H$"a$ussler, A.*; Naydenov, B.*; Jelezko, F.*; Dolde, F.*; Fedder, H.*; Honert, J.*; Wrachtrup, J.*; Markham, M.*; Twitchen, D.*

窒素イオン注入と熱処理によって生成した同位体濃縮ダイヤモンド単結晶中の窒素空孔発光中心(NV)のスピン特性を、共焦点顕微鏡による光学的検出磁気共鳴法を用いて詳細に測定した。スピンエコー測定の結果、電子スピンコヒーレンス時間は、イオン照射したNVとしては最長の2ミリ秒、表面付近(15ナノメートルの深さ)でも500マイクロ秒以上と非常に長いことがわかった。これらの結果は、良質な同位体濃縮結晶の結晶性と不純物スピンの低減、及び、熱処理による十分な照射損傷の回復を反映している。また、窒素分子イオン照射による近接するNVペアの作製に成功し、2つのNVスピン間の磁気的結合にも成功した。これらの単一NVのスピン特性は、室温で動作可能なナノマグネトメトリーや量子情報処理への応用が期待できる。

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