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Kaufmann, S.*; Simpson, D. A.*; Hall, L. T.*; Perunicic, V.*; Senn, P.*; Steinert, S.*; McGuinness, L. P.*; Johnson, B. C.*; 大島 武; Caruso, F.*; et al.
Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 110(27), p.10894 - 10898, 2013/07
被引用回数：107 パーセンタイル：93.27(Multidisciplinary Sciences)The detection of gadolinium (Gd) spin labels in an artificial cell membrane under ambient conditions was demonstrated using a single-spin nanodiamond sensor which is negatively charged nitrogen vacancy centers in nanodiamond. Changes in the spin relaxation time (T1) of the sensor located in the lipid bilayer were optically detected using a confocal microscope system. As a result, T1 decreased with increasing proximal Gd labels. The detection of such small numbers of spins in a model biological setting opens a new pathway for in-situ nanoscale detection of dynamical processes in biology.
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。
小野田 忍; 春山 盛善; 寺地 徳之*; 磯谷 順一*; Christoph, M.*; McGuinness, L.*; Balasubramanian, P.*; Naydenov, B.*; Jelezko, F.*; 小池 悟大*; et al.
no journal, ,
室温動作可能な量子ビットとして応用可能な良質な窒素・空孔(NV)を実現するためには、
C、格子位置の不純物窒素、格子欠陥等の余剰なスピンを取り除く必要がある。狙った箇所にNVを形成することが容易なイオン注入は、窒素イオンを効率よくNVに変換可能という利点があるが、一方で余剰な欠陥を残留させない工夫が必要がある。本研究では、原子空孔の挙動を調べる目的で、keVからサブGeVのイオンビームを用いて、異なる濃度・分布の原子空孔を導入し、その後、1000
Cの熱処理を施して原子空孔を拡散させてNVを形成した。NVの分布を解析することで打込んだイオンと原子空孔の挙動を考察した結果、生成されたNVは熱拡散せず安定に存在することが判明した。また、NVが安定であることから、NVの分布を調べることでイオンの飛跡が検出できることも見出した。
小野田 忍; 春山 盛善; 寺地 徳之*; 磯谷 順一*; 小池 悟大*; 東又 格*; 稲葉 優文*; 山野 楓*; 加藤 かなみ*; Christoph, M.*; et al.
no journal, ,
炭素を置換した窒素と隣接する原子空孔からなるNV(Nitrogen-Vacancy)センターは、ダイヤモンド中のカラーセンターの中でも優れた電子スピン特性を持っていることで知られている。発表では、我々が取り組んできた量子ビームを用いたカラーセンター形成技術について紹介するとともに、世界的な技術動向と課題を述べる。
