ナノダイヤモンドを用いた超高感度超高圧高周波数電子スピン共鳴測定法の開発

利用纳米金刚石开发超灵敏、超高压、高频电子自旋共振测量方法

基本信息

批准号：
22K18691
负责人：
太田仁
金额：
$ 3.99万
依托单位：
Kobe University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

申請者らは，これまで試料空間が相対的に大きい(内径5mm)ピストンシリンダー型圧力セルのピストン部分をジルコニアに置き換え，テラヘルツ波の透過を可能にして，ミクロスコピックな情報が得られる高圧高周波数電子スピン共鳴(ESR)測定法を行い，多様な量子スピン系の圧力効果を明らかにしてきた。ピストンシリンダー型は，試料が多く(スピン数が多い），高周波数ESRの従来型半導体検出器の感度で測定可能であるので用いてきたが，発生圧力は3GPa弱に止まっていた。そこで，100GPaレベルの超高圧を目指すには，ダイヤモンドアンビル圧力セルを用いる必要がある。しかし，ダイヤモンドアンビル圧力セルの内径は0.5mm以下と極端に小さな試料空間であるため，従来型半導体検出器の感度では，全くESR測定は不可能である。そこで，従来ESR手法に比べ，超高感度なダイヤモンド窒素-空孔中心(NV-センター)を用いた光検出磁気共鳴(ODMR)によって，ダイヤモンドアンビル圧力セルを用いた超高感度超高圧高周波数ESR測定を実現することが本研究の目的である。特に，本研究ではNV-センターを持つナノダイヤモンドを圧力媒体に溶かして，そのNV-センターを介して磁性体試料の磁気モーメントのESRを検出することを目指す。つまり，微小試料の外部磁場下テラヘルツESRによるスピン状態変化を，近傍のNV-センターが有効磁場変化としてNV-センターのms=±1状態のゼーマン分裂変化として受け取り，ODMRの蛍光強度変化として高感度テラヘルツESRとして観測されるという原理である。ODMRを用いたESR観測は，従来のESR観測に比べ10桁高い感度を持つので，単一NV-センターの観測が可能となる。

申请人将具有较大样品空间（内径5毫米）的活塞缸压力单元的活塞部分替换为氧化锆，使得传输太赫兹波成为可能，并创建了高压高频系统，可以获得我们进行了电子自旋共振（ESR）测量，以阐明各种量子自旋系统中的压力效应。使用活塞气缸类型是因为它可以处理大量样品（高旋转次数），并且可以用传统高频 ESR 半导体检测器的灵敏度进行测量，但产生的压力仍低于 3 GPa 。因此，为了实现100 GPa级别的超高压，需要使用金刚石砧压力盒。然而，由于金刚石砧压力盒的内径小于0.5毫米，这是一个极小的样品空间，以传统半导体探测器的灵敏度完全不可能进行ESR测量。因此，与传统的 ESR 方法相比，我们开发了一种超灵敏、超高压、高频 ESR，采用金刚石砧压力池，采用光学检测磁共振 (ODMR)，采用超灵敏金刚石氮空位中心（NV-中心）。本研究的目的是实现测量。特别是，本研究旨在将具有 NV 中心的纳米金刚石溶解在压力介质中，并通过 NV 中心检测磁性样品磁矩的 ESR。换句话说，微样品在外部磁场下由太赫兹ESR引起的自旋状态变化被附近的NV中心接收为NV中心的ms=±1状态中的塞曼分裂变化作为有效磁场变化，并被检测为 ODMR 荧光强度的高灵敏度变化，这就是它被观察为太赫兹 ESR 的原理。使用 ODMR 进行 ESR 观测的灵敏度比传统 ESR 观测高出 10 个数量级，从而可以观测单个 NV 中心。

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）

スピンギャップ系物質Cu2(C5H12N2)2Cl4の圧力下熱検出型ESR

自旋间隙材料Cu2(C5H12N2)2Cl4的压力热检测式ESR

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
櫻井敬博，竹原良祐;長澤直生;高橋英幸;嵯峨慎1;高橋一志;大道英二;太田仁
通讯作者：
太田仁

異種イオンからなるS=1/2スピンダイマー物質 CuVOF4(H2O)6・H2Oの高圧下ESR測定

由不同离子组成的S=1/2自旋二聚体材料CuVOF4(H2O)6·H2O的高压ESR测量

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
西口律輝;櫻井敬博;D. Kamenskyi;大久保晋;太田仁;S. P. M. Curley
通讯作者：
S. P. M. Curley

Development of Field-Angle-Dependent ESR Measurement Method under High Pressure by Thermal Detection

通过热检测开发高压下场角相关 ESR 测量方法

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Naoki Nagasawa;Takahiro Sakurai;Hideyuki Takahashi;Eiji Ohmichi;Hitoshi Ohta
通讯作者：
Hitoshi Ohta

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通讯作者：
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发表时间：
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0
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通讯作者：
M. Kimata