Development of new physical methods for forming single photon sources in nanodiamond films

开发在纳米金刚石薄膜中形成单光子源的新物理方法

基本信息

批准号：
21K18830
负责人：
吉武剛
金额：
$ 4.16万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-09 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

ダイヤモンド格子中のNVセンターをはじめとする単一光子源は、量子コンピューティングや超高感度磁気センサーへの応用が期待されており、世界各国で国家プロジェクトが走っている状況である。その一方でその形成方法は既存の半導体に使われてきた技術で行われており、方法としては特に目新しいものはない。本研究では，ナノダイヤモンド膜中への単一光子源の形成のための新たな物理的手法を創成することを目的として研究を行っている。具体的には，物理気相成長法により成長するナノダイヤモンド膜にNVセンターをはじめとする単一光子源を形成するための，物理現象の理解を含めた、基盤技術を確立する。同軸型アークプラズマ堆積（CAPD）法によりNドープナノダイヤモンド膜の堆積を行い、生成膜のNVセンター形成をPL測定に加えて、共焦点レーザー走査型蛍光顕微鏡によりその形成分布を評価した。膜作製時のプロセスの最適化により膜一面に渡ってNVセンターの発光が得られるようになった。膜中の窒素ドープ量は膜作製時の窒素雰囲気圧力により調整するがその最適化が進んだことが一因である。膜作製中の負バイアス印加がダイヤモンドの成長促進に極めて有効であることがわかっている。バイアス条件の更なる最適化により、膜の硬度を室温プロセスにもかかわらず多結晶ダイヤモンドと同硬度の85 GPaまで高めることに成功している。ダイヤモンド結晶の密度および質が高まっていることが予想され、そのこともNVセンターの発光増強に寄与していると考えられる。

单光子源，例如金刚石晶格中的 NV 中心，预计将在量子计算和超灵敏磁传感器中得到应用，世界各国正在开展国家项目。另一方面，其形成方法是使用现有半导体中已使用的技术来完成的，并且该方法没有什么特别新的。这项研究的目的是创造一种在纳米金刚石薄膜中形成单光子源的新物理方法。具体来说，我们将建立基础技术，包括理解物理现象，用于在通过物理气相沉积生长的纳米金刚石薄膜中形成单光子源，例如NV中心。通过同轴电弧等离子体沉积 (CAPD) 沉积 N 掺杂纳米金刚石薄膜，除了对所得薄膜中 NV 中心形成进行 PL 测量外，还使用共焦激光扫描荧光显微镜评估了形成分布。通过优化薄膜制造过程中的工艺，可以在薄膜的整个表面上获得从 NV 中心发出的光。薄膜中的氮掺杂量是通过薄膜制造时的氮气氛压力来调整的，其原因之一是优化取得了进展。已经发现，在薄膜制造过程中施加负偏压对于促进金刚石生长非常有效。通过进一步优化偏置条件，我们成功地将薄膜的硬度提高到85 GPa，尽管是在室温下加工的，但与多晶金刚石的硬度相同。预计金刚石晶体的密度和质量有所增加，这也可能有助于增强 NV 中心的发射。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Corrosion-Resistive and Low Specific Contact Resistance Ohmic Contacts to Semiconducting Diamonds Using Nanocarbon Electrodes

使用纳米碳电极与半导体金刚石进行耐腐蚀且低比接触电阻的欧姆接触

DOI：
10.1002/pssa.202200627
发表时间：
2022
期刊：
Physica Status Solidi A
影响因子：
0
作者：
Sreenath Mylo Valappil;Abdelrahman Zkria;Shinya Ohmagari;Hiroshi Naragino;Hiromitsu Kato;and Tsuyoshi Yoshitake
通讯作者：
and Tsuyoshi Yoshitake

シリコン基板上に成膜されたナノダイヤモンド混相膜の機械的・構造的特性に基板温度及び中間層がもたらす影響

基底温度和中间层对硅基底上沉积的纳米金刚石多相薄膜机械和结构性能的影响

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
布谷直義;Yeon-Bin Choi;今中信人;S. Saito，A. M. Ali1，M. Egiza，K. Murasawa，H. Sugita，T. Deckert-Gaudig，Volker Deckrt， and T. Yoshitake
通讯作者：
S. Saito，A. M. Ali1，M. Egiza，K. Murasawa，H. Sugita，T. Deckert-Gaudig，Volker Deckrt， and T. Yoshitake

Nanocarbon Electrodes Fabricated by Coaxial Arc Plasma Deposition for Phosphorus-doped Diamond Electronics Application

通过同轴电弧等离子体沉积制造的纳米碳电极用于磷掺杂金刚石电子应用

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Sreenath Mylo Valappil;Shinya Ohmagari;Abdelrahman Zkria;Phongasaphak Sittimart;Eslam Abubakar;Hiromatsu Kato;Tsuyoshi Yoshitake
通讯作者：
Tsuyoshi Yoshitake

Effects of substrate temperature and intermediate layer on adhesion, structural and mechanical properties of coaxial arc plasma deposition grown nanodiamond composite films on Si substrates