2023-03-15 京都大学
水落憲和 化学研究所教授、時田茂樹 同教授、藤原正規 同特定研究員、升野振一郎 同研究員、橋田昌樹 東海大学教授らの研究グループは、一つの超短レーザーパルスをダイヤモンドに照射し、窒素-空孔（NV）中心をミリメートルレベルの広域で形成することに成功しました。
ダイヤモンド中のNV中心を用いた量子センサは、高感度、高空間分解能を有することから注目されています。センサとして用いるNV中心の数を増やすほど感度が上がり、室温で超伝導量子干渉計並みの高感度を実現することが期待されています。これまでフェムト秒レベルの超短パルスレーザーを用いてNV中心を作製したという報告はありましたが、ダイヤモンドはグラファイト化しやすいため、フルーエンスを抑えて多数のパルスを照射し、且つNV作製領域はマイクロメートル程度が最大でした。今回、最適な条件を見出だし、一つのパルスでミリメートルレベルという従来の100倍以上の広域で形成することに成功しました。今回、一つのレーザーパルスのみで、高温アニール処理を施すことなく作製できた点は、レーザー光照射によるNV中心の生成機構を解明する点で学術的に重要です。また、応用の観点では、高感度量子センサを作製する簡便、高速な技術として注目されます。
本研究成果は、2023年3月14日に、国際学術誌「APL Photonics」にオンライン掲載され、更に本論文はFeatured Articleに選ばれました。
ダイヤモンド基板にフェムト秒レーザーパルスを1回照射するだけで、NV中心をミリメートルサイズで形成することを実現
研究者のコメント
「最初にこの研究を進めるとき、従来の研究では用いられない高強度パルスをダイヤモンド基板に照射するため、NV中心が形成されるのかどうか全く不明でした。そのため、実験を繰り返してNV中心が増加した領域が見つかった時は驚きを覚えました。今後、形成メカニズムの詳細や、生成効率の向上、3次元作成などの課題の解決を進めたいと思います。」（藤原正規）
研究者情報
研究者名：水落 憲和
研究者名：時田 茂樹
研究者名：藤原 正規
