2023-12-26 京都大学
左：ダイヤモンド結晶内におけるNV中心の４つの配向方向 中：レーザーの偏光方向（緑色矢印）に対する光励起電子の異方性に関するシミュレーション結果（黄色丸は炭素原子位置） 右：レーザーの偏光方向に対するNV中心の配向比率
ダイヤモンド中の窒素空孔（NV）中心は、量子情報デバイスに適用できる量子ビットとして広く注目されています。量子情報デバイスの優れた特性は、NV中心の濃度や配向性によって左右されます。NV中心の配向制御は、これまでのところ、化学気相成長法（CVD）によるダイヤモンド結晶成長時においてのみ実現されていますが、結晶内の任意の位置に自在に配向制御されたNV中心を形成するプロセスが求められています。今回、材料化学専攻木内康平（研究当時、修士課程２年）、下間靖彦准教授、三浦清貴教授、京都大学化学研究所水落憲和教授、藤原正規特定研究員、神戸大学大学院工学研究科植本光治助教らの研究グループは、超短パルスレーザーにより優先配向したNV中心の直接書き込みに成功しました。NV中心の配向率は、照射レーザーの偏光に応じて、レーザーの伝搬方向に平行な[111]方向に偏り、光検出磁気共鳴（ODMR）の検出信号のコントラストが、ランダム配向の場合の25％と比較して、最大で55％まで増加することを発見しました。また、時間依存密度汎関数法（TDDFT）に基づくシミュレーションと偏光蛍光顕微鏡観察の結果から、このようなNV中心の配向性における偏光依存性は、光励起電子の異方性に起因すると考えられます。本研究成果は、ダイヤモンドNV中心形成のポストプロセスとして、量子情報デバイスの新しい製造方法に道を拓くものと期待されます。
本成果は、2023年12月12日にオランダの国際学術誌「Carbon Trends」にオンライン掲載されました。
研究詳細
レーザーでダイヤモンドに優先配向した欠陥を書き込み！―ダイヤモンド量子情報デバイス作製のポストプロセスに道拓く―
研究者情報
下間 靖彦
三浦 清貴
水落 憲和
書誌情報
タイトル
Laser writing of preferentially orientated nitrogen-vacancy centers in diamond（ダイヤモンド内のレーザー書き込みによる窒素空孔中心の優先配向）
著者
Kohei Kinouchi, Yasuhiko Shimotsuma, Mitsuharu Uemoto, Masanori Fujiwara, Norikazu Mizuochi, Masahiro Shimizu, Kiyotaka Miura
掲載誌
Carbon Trends
DOI
10.1016/j.cartre.2023.100318
