2024-10-02 アメリカ合衆国・パデュー大学
・ パデュー大学が、光学活性スピン欠陥(スピン量子ビット)を有する、1 次元ファンデルワールス(vdW)材料の窒化ホウ素ナノチューブ(BNNT)を開発。
・ BNNT スピン量子ビットは、走査型プローブ磁場顕微鏡で使用される、従来のダイヤモンドチップ(ダイヤモンド窒素-空孔中心)を超える空間分解能で軸外磁場を検出でき、ダイヤモンドチップよりも高い費用対効果や強度を提供する。
・ 磁場に対する感度が高く、光学的に検出できる磁気共鳴を示し、磁場にさらされることで変化するBNNT 内のスピン量子ビットのエネルギーレベルを、光を用いて測定することができる。
・ BNNT スピン量子ビットシステムの初回実証において、ダイヤモンドチップに匹敵する性能を確認。その空間分解能と磁場への感度をさらに向上させることで、量子センシング技術、半導体産業やナノスケール磁気共鳴画像法等で利用できる、より正確な情報の獲得や外部磁場の高速読み取りが可能となる。
・ Purdue Innovates Office of Technology Commercialization を通じ、同技術の特許を出願済み。同技術の開発・商業化に関心のあるバートナーを募集中。
・ 本研究には、ゴードン・アンド・ベティー・ムーア財団と米国立科学財団(NSF)が資金を提供した。
URL: https://www.purdue.edu/newsroom/2024/Q4/purdue-researchers-create-orientation-independent-magnetic-field-sensing-nanotube-spin-qubits/
＜NEDO海外技術情報より＞
関連情報
Nature Communications 掲載論文(フルテキスト）
Nanotube spin defects for omnidirectional magnetic field sensing
URL: https://www.nature.com/articles/s41467-024-51941-2
Abstract
Optically addressable spin defects in three-dimensional (3D) crystals and two-dimensional (2D) van der Waals (vdW) materials are revolutionizing nanoscale quantum sensing. Spin defects in one-dimensional (1D) vdW nanotubes will provide unique opportunities due to their small sizes in two dimensions and absence of dangling bonds on side walls. However, optically detected magnetic resonance of localized spin defects in a nanotube has not been observed. Here, we report the observation of single spin color centers in boron nitride nanotubes (BNNTs) at room temperature. Our findings suggest that these BNNT spin defects possess a spin S = 1/2 ground state without an intrinsic quantization axis, leading to orientation-independent magnetic field sensing. We harness this unique feature to observe anisotropic magnetization of a 2D magnet in magnetic fields along orthogonal directions, a challenge for conventional spin S = 1 defects such as diamond nitrogen-vacancy centers. Additionally, we develop a method to deterministically transfer a BNNT onto a cantilever and use it to demonstrate scanning probe magnetometry. Further refinement of our approach will enable atomic scale quantum sensing of magnetic fields in any direction.
