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公開番号2025100334
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-03
出願番号2024168634
出願日2024-09-27
発明の名称ダイヤモンド量子センサー、ダイヤモンドアンビルセル型量子センサーおよび測定装置
出願人国立研究開発法人物質・材料研究機構,国立大学法人東京科学大学
代理人弁理士法人フィールズ国際特許事務所
主分類G01N 24/00 20060101AFI20250626BHJP(測定;試験)
要約【課題】耐久性および再現性が高いダイヤモンド量子センサーならびにそれを備えるダイヤモンドアンビルセル型量子センサーおよび測定装置を提供する。
【解決手段】
本発明の一の態様によれば、窒素-空孔中心を含む窒素-空孔中心含有ダイヤモンド11と、窒素-空孔中心にマイクロ波を誘導するためのマイクロ波誘導路として機能する不純物ドープダイヤモンド12と、を備え、不純物ドープダイヤモンド12が、導電性を有し、かつ窒素-空孔中心含有ダイヤモンドと化学的に結合されている、ダイヤモンド量子センサー10が提供される。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
窒素－空孔中心を含む窒素－空孔中心含有ダイヤモンドと、
前記窒素－空孔中心にマイクロ波を誘導するためのマイクロ波誘導路として機能する不純物ドープダイヤモンドと、を備え、
前記不純物ドープダイヤモンドが、導電性を有し、かつ前記窒素－空孔中心含有ダイヤモンドと化学的に結合されている、ダイヤモンド量子センサー。
続きを表示（約 710 文字）【請求項２】
前記不純物ドープダイヤモンド中の不純物が、ホウ素である、請求項１に記載のダイヤモンド量子センサー。
【請求項３】
前記不純物ドープダイヤモンド中の前記ホウ素の濃度が、１×１０
２０
ｃｍ
－３
以上である、請求項２に記載のダイヤモンド量子センサー。
【請求項４】
前記不純物ドープダイヤモンドは、切欠き部および前記切欠き部によって離間した２つの端部を有する環状部と、前記環状部の各前記端部から一続きに延びる端子部とを備えている、請求項１ないし３のいずれか一項に記載のダイヤモンド量子センサー。
【請求項５】
前記環状部が、円環状である、請求項４に記載のダイヤモンド量子センサー。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか一項に記載のダイヤモンド量子センサーと、
前記不純物ドープダイヤモンドの表面側に配置され、かつ前記ダイヤモンド量子センサーとの間で被測定試料を挟持するダイヤモンド圧子と、
を備える、ダイヤモンドアンビルセル型量子センサー。
【請求項７】
請求項１ないし５のいずれか一項に記載のダイヤモンド量子センサーまたは請求項６に記載のダイヤモンドアンビルセル型量子センサーと、
前記窒素－空孔中心に前記窒素－空孔中心が励起する緑色レーザー光を照射する緑色レーザー光照射系と、
前記不純物ドープダイヤモンドにマイクロ波を導入するマイクロ波導入系と、
前記窒素－空孔中心から発せられる赤色光を検出する検出系と、
を備える、測定装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイヤモンド量子センサー、ダイヤモンドアンビルセル型量子センサーおよび測定装置に関する。
続きを表示（約 1,300 文字）【背景技術】
【０００２】
ダイヤモンド中の窒素と欠陥が結合して新たなエネルギー準位を形成する窒素－空孔中心（ＮＶセンター）は、そのスピンの量子状態が外場によって敏感に応答することから、次世代の量子センシング技術として期待されている。
【０００３】
ＮＶセンターを含むＮＶセンター含有ダイヤモンドを用いたセンサーとしては、例えば、対向するダイヤモンドアンビルの間に被測定試料を挟持するとともにダイヤモンドアンビルで被測定試料を圧縮することにより被測定試料の物性を測定するセンサーが知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
ここで、ＮＶセンターを駆動するためには、外部からマイクロ波を照射する必要がある。非特許文献１では、白金製のマイクロ波ワイヤー（ＭＷワイヤー）をトップキュレット上に配置して、ＭＷワイヤーでマイクロ波をＮＶセンターに照射している。
【０００５】
また、ＮＶセンター含有ダイヤモンドを用いていないが、ダイヤモンドアンビルの間に被測定試料を挟むとともに一方のダイヤモンドアンビルにホウ素ドープダイヤモンド薄膜により形成された電極パターンを有するセンサーも知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
P.Bhattacharyya et al., “Imaging the Meissner effect and flux trapping in a hydride superconductor at megabar pressures using a nanoscale quantum sensor”, Superconductivity (cond-mat.supr-con), arXiv:2306.03122 v1[cond-mat.supr-con], 5 June 2023
【特許文献】
【０００７】
国際公開第２０１７／０３８６９０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、非特許文献１の技術では、ＭＷワイヤーをトップキュレット上に配置して、ＭＷワイヤーでマイクロ波をＮＶセンターに照射しているが、ダイヤモンドアンビルによってＭＷワイヤーが潰されてしまい、ＭＷワイヤーの形状が変化してしまう、またはＭＷワイヤーが切断されてしまうことがある。また、ＭＷワイヤーを手作業で配置するので、毎回同じ位置にＭＷワイヤーを配置することは困難であり、再現性に劣る。
【０００９】
また、特許文献１の技術は、ホウ素ドープダイヤモンドを用いているが、ホウ素ドープダイヤモンドはＮＶセンターにマイクロ波を誘導するためのものではない。
【００１０】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものである。すなわち、耐久性および再現性が高いダイヤモンド量子センサーならびにそれを備えるダイヤモンドアンビルセル型量子センサーおよび測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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