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Widmann, M.*; Lee, S.-Y.*; Rendler, T.*; Son, N. T.*; Fedder, H.*; Paik, S.*; Yang, L.-P.*; Zhao, N.*; Yang, S.*; Booker, I.*; et al.
Nature Materials, 14(2), p.164 - 168, 2015/02
被引用回数：435 パーセンタイル：99.55(Chemistry, Physical)Single silicon vacancy (V
) in silicon carbide (SiC) was studied from the point of view of single photon source for quantum computing. The V centers were created in high purity semi-insulating hexagonal (4H)-SiC by 2 MeV electron irradiation with fluences up to 5
10
/cm
. No subsequent annealing was carried out. A couple of solid immersion lens (SIL) with 20 
m diameter were created on samples by ion milling using 40 keV Ga focused ion beam. A typical home-built confocal setup was used after optimizing for emission in the wavelength range around 900 nm. As a result, optically detected electron spin resonance (ODMR) for V was observed at room temperature (RT). Using ODMR, Rabi oscillations were also observed, and the Rabi frequency increased with increasing applied-magnetic field. In addition, spin relaxation time T
and T
were detected to be 500 s and 160 s, respectively.
山本 卓; 小野田 忍; 大島 武; Naydenov, B.*; Dolde, F.*; Fedder, H.*; Honert, J.*; Jelezko, F.*; Wrachtrup, J.*; 寺地 徳之*; et al.
no journal, ,
ダイヤモンド結晶中の負に帯電した窒素空孔センター(NV)は、室温で動作可能な量子ビットとして最も有力な材料の一つであるが、応用的観点からはNVセンターを効率よく人工的に生成する必要がある。本研究では、イオン照射条件,熱処理条件,試料の品質の違い(欠陥量、おもに窒素濃度)で、NVセンターの生成にどのような影響があるかを系統的に調べた。その結果、NV生成の収率は照射量が多くなると下がる傾向にあり、照射エネルギーが高い方が収率が上がることがわかった。一方、マイクロビームによる局所的照射試料における収率は25%から数百%であり、ブロードビーム照射試料(例えば、照射量
試料では4%)と比較すると収率が飛躍的に改善することがわかった。マイクロビーム照射試料において、収率がそれぞれの試料で異なることから、ダイヤモンド試料基板の質の違いがNV生成に重要な要素であることが示唆される。
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.*; H
ussler, A.*; Naydenov, B.*; et al.
no journal, ,
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。
山本 卓; 小野田 忍; 大島 武; 磯谷 順一*; 寺地 徳之*; 谷口 尚*; 渡邊 賢司*; 小泉 聡*; 梅田 享英*; Jelezko, F.*; et al.
no journal, ,
Nイオン照射で生成した高純度C濃縮ダイヤモンド中のNV中心について、単一スピンの光学的検出磁気共鳴を測定した。詳細な光学的検出磁気共鳴測定から、Nイオン照射によってNVとNVが[NV]/[NV] 
1の比で生成され、収率(イオン照射量に対する生成したNV中心の割合)は70-100%であることがわかった。スピンコヒーレンス時間は室温で2msと長く、これまで報告されているイオン照射試料の中で最も長いことがわかった。これらの結果は、イオン照射で生成したNVスピンを用いた応用が十分期待できると結論できた。
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.*; et al.
no journal, ,
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。
小野田 忍; 阿部 浩之; 山本 卓; 大島 武; 谷口 尚*; 寺地 徳之*; Siyushev, P.*; Tran, T. H.*; Yang, S.*; Fedder, H.*; et al.
no journal, ,
ダイヤモンド中の欠陥の一つであるNV(窒素-空孔)センターは、炭素を置換した窒素と隣接位置の空孔とのペアーであり、量子ビットや磁気センサーとしての応用が期待されている。NVセンターは、電子基底状態と励起状態が三重項状態となっている。縮退している励起準位は、低温(4K)になると二つに分裂することが知られている。それぞれの準位はそれぞれが三重項状態となっているため、6つの準位を持つ。励起準位の分裂の程度は、歪みが大きくなると大きくなり、1GPaの外部圧力によって10THzの分裂が起こる。逆にいえば、励起状態の各エネルギー差を測定することで、NVセンターを取り巻く歪みの大きさを検出することが可能となる。NVセンターは光吸収係数・蛍光量子効率が高く、単一のNVセンターでさえ検出が可能という特徴があることから、本研究では、個々のNVセンターが存在する場所の歪みを、高感度かつ高空間分解能で引き出すことに取り組んだ。その結果、他の方法では得られない感度,空間分解能で、残留歪みの大きさと分布、不純物分布を得ることに成功した。
