Loading...
Please wait, while we are loading the content...
△Controlled doping of nitrogen-vacancy centers in a diamond thin film fabricated using nitrogen-doped chemical vapor deposition on micro-patterned substrate
| Content Provider | Semantic Scholar |
|---|---|
| Author | Tomizawa, Shuhei |
| Copyright Year | 2013 |
| Abstract | [背景・目的] ダイヤモンド中の窒素空孔中心(NV センター)は、室温で光を用いた単一電子スピン状態 の読み出し・初期化が可能な唯一の系であり、量子 情報デバイスや超高感度磁場センサーへの応用が期 待されている[1, 2]。我々のグループは、マイクロ波 プラズマ化学気相成長(CVD)法によるダイヤモンド 薄膜成長中に窒素ガスを混入することで、薄膜中へ の NV センター導入を試みている。既に先行研究に より、[C]=99.99 %に同位体制御した膜厚 100 nmの ダイヤモンド薄膜中に、T2が 1.7 ms と非常に長い NV センターの導入に成功している[3]。しかし、同 手法によるさらなる超薄膜化や、NV センター生成 効率・位置制御の為には、CVD 条件の他、ダイヤモ ンド基板のもつオフ角の最適化が必要となる。本研 究では、表面微細加工によりオフ角を局所的に変化 させたダイヤモンド基板上に窒素ドープ CVD ダイ ヤモンド薄膜成長した試料を作製した。この試料を 評価することで、基板オフ角と NVセンターの生成 効率や生成位置の関係を調べたので報告する。 [実験] IIa ダイヤモンド基板(001)面上に、フォトリ ソグラフィーとドライエッチングにより Line & Space(L/S)構造を作製した(Fig. 1)。L/S 構造の設計は 溝深さ 2 μm、L/S=10/5, 4/2, 2/1, 1/ 0.5 μmである。溝 (Space)構造の端では(001)面のステップ端密度が増 加し、実効的なオフ角が大きくなると期待される。 この基板上に、窒素ドープを行いながら 500 nmのダ イヤモンド薄膜を CVD 成長した。成長後、単一光 子検出共焦点顕微鏡を用いて薄膜からの Photoluminescence(PL)のマッピング像を取得し、NV センターの生成有無を調べた。また、レーザー顕微 鏡によって試料の表面形状測定を行った。 [結果・考察] Fig. 2 は、(a)試料表面の PLマッピン グ像と(b)レーザー顕微鏡像である。溝部分に対応し た位置に強い PLが分布しており、そこから Fig. 2 (c) に示すような NVを特徴づける PLスペクトルを観 測した。これは、CVD 成長と基板条件のみで NVセ ンターのドーピング位置の制御に成功したことを意 味し、過去に例のない結果である。また成長後の表 面形状を測定したところ、設定した成長量が 500 nm であるにも関わらず、基板に掘った深さ 2 μmの溝 が埋まり数百 nm以内の凹凸になっていることが分 かった(Fig. 2(d))。この結果は、溝部分の成長速度が 平面部分よりも数倍大きいことを示唆し、成長速度 の増加が窒素や空孔の取り込みの局所的増加を引き 起こしたと考えられる。講演では、生成した NVセ ンターアンサンブルの光学特性についても述べる。 本研究の一部は、科学研究費補助金と FIRST、NEXT の支援により行われた。 |
| File Format | PDF HTM / HTML |
| Alternate Webpage(s) | https://confit.atlas.jp/guide/event-img/jsap2013s/27p-A6-3/public/pdf?type=in |
| Language | English |
| Access Restriction | Open |
| Content Type | Text |
| Resource Type | Article |
