量子センサによるスピンダイナミクスの可視化手法の開発

使用量子传感器开发自旋动力学可视化方法

基本信息

批准号：
22K03524
负责人：
佐々木健人
金额：
$ 2.66万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究の目的は、磁性体の局所的なダイナミクスを可視化するため、ダイヤモンド中の色中心を量子センサとして利用する磁場・温度のイメージング装置を開発することである。今年度は、(1)磁性体のイメージングに注力した。さらに計測精度を高めるために、(2)センサの励起光強度依存性、(3)温度測定における機械学習の利用、(4)光学収差の影響、(5)発展的な量子操作、(6)新規量子センサの利用などの検証を行った。現在、(1,2,4,5,6)の内容に関して学術論文を執筆しており、その一部の内容は投稿中である。これらの技術は、量子センサの磁場感度や空間分解能を更に高めるものであり、局所的なスピンダイナミクスの可視化に有用である。(1)では、垂直磁化膜の磁区を磁気光学カー効果と量子センサで同時にイメージングする技術を開発し、クリープ運動を動画として取得した。低温装置と組み合わせることで、超伝導量子渦の定量的な磁気イメージングに成功した。また、マイクロ波やスピン波の検出精度を高め、そのイメージングに成功した。(2)では、センサの共鳴周波数が励起光強度に対して指数関数的に変化する現象を発見した。(3)では、温度測定において機械学習を適用し、従来法と同程度の精度が得られることを明らかにした。(4)では、蛍光顕微測定の光学収差で感度や分解能が低下する影響を調査し、性能劣化が十分に少ないダイヤモンド基板の薄さを決定した。(5)では、ランダウツェナーモデルに幾何学的な効果を取り入れたモデルを利用し、トンネル遷移確率が100%になる幾何学的非断熱な量子操作を実証した。(6)では、六方晶窒化ホウ素(hBN)中のホウ素空孔欠陥をセンサとして利用するアイディアを検証した。ヘリウムイオン顕微鏡の集束イオンを用いたセンサのナノアレイの作製や、広帯域マイクロ波パルスによる磁場感度の向上に成功した。

这项研究的目的是开发一种磁场/温度成像设备，利用钻石的色心作为量子传感器来可视化磁性材料的局部动力学。今年，我们的重点是（1）磁性材料成像。为了进一步提高测量精度，（2）传感器的激发光强度依赖性，（3）在温度测量中使用机器学习，（4）光学像差的影响，（5）先进的量子操纵，（6）我们验证使用新的量子传感器。目前我正在写一篇关于(1,2,4,5,6)内容的学术论文，目前部分内容正在投稿中。这些技术进一步增强了量子传感器的磁场灵敏度和空间分辨率，并且对于局部自旋动力学的可视化非常有用。在（1）中，我们开发了一种利用磁光克尔效应和量子传感器同时对垂直磁化薄膜的磁畴进行成像的技术，并将蠕变运动捕获为视频。通过将其与低温装置相结合，我们成功地实现了超导量子涡旋的定量磁成像。他们还提高了微波和自旋波的检测精度，并成功地将它们成像。在（2）中，我们发现了传感器的共振频率随激发光强度呈指数变化的现象。在（3）中，我们将机器学习应用于温度测量，并证明可以获得与传统方法相当的精度。在（4）中，我们研究了光学像差对降低灵敏度和分辨率的荧光显微镜测量的影响，并确定了足以最大限度地减少性能恶化的金刚石基底的厚度。在 (5) 中，我们通过使用结合几何效应的 Landauzener 模型演示了隧道跃迁概率为 100% 的几何非绝热量子运算。在（6）中，我们验证了利用六方氮化硼（hBN）中的硼空位缺陷作为传感器的想法。我们成功地使用氦离子显微镜的聚焦离子制造了传感器纳米阵列，并使用宽带微波脉冲提高了磁场灵敏度。

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）

機械学習を用いたナノダイヤモンド量子温度センサ

使用机器学习的纳米金刚石量子温度传感器

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
山本航輝;小河健介;塚本萌太;佐々木健人;小林研介
通讯作者：
小林研介

機械学習によるナノダイヤモンド量子センサの磁場イメージング [日本物理学会2022年秋季大会学生優秀発表賞 (領域3)]

使用机器学习的纳米金刚石量子传感器的磁场成像[日本物理学会2022年秋季会议学生演讲奖（领域3）]

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
塚本萌太;伊藤秀爾;小河健介;蘆田祐人;佐々木健人;小林研介
通讯作者：
小林研介

色中心磁場センサと磁気光学カー効果の同時イメージング技術

色心磁场传感器与磁光克尔效应同时成像技术

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
塚本萌太;山本航輝;河口真志;林将光;佐々木健人;小林研介
通讯作者：
小林研介

ダイヤモンドNV中心を用いたセンシングにおける光学収差の影響

光学像差对使用金刚石 NV 中心进行传感的影响

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
西村俊亮;塚本萌太;佐々木健人;小林研介
通讯作者：
小林研介

Accurate magnetic field imaging using nanodiamond quantum sensors enhanced by machine learning

使用机器学习增强的纳米金刚石量子传感器进行精确磁场成像

DOI：
10.1038/s41598-022-18115-w
发表时间：
2022-09-01
期刊：
影响因子：
4.6
作者：
Tsukamoto, Moeta;Ito, Shuji;Ogawa, Kensuke;Ashida, Yuto;Sasaki, Kento;Kobayashi, Kensuke
通讯作者：
Kobayashi, Kensuke