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【本学研究者情报】

〇大学院工学研究科　机械机能创成専攻
准教授　戸田雅也

【発表のポイント】

• ダイヤモンド量子センサー^（注1）を用いた微小机械応力センシングを开発しました。
• ダイヤモンド結晶内の格子欠陥である窒素-空孔中心（Nitrogen-vacancy center、NVCまたはNVセンター）が発する蛍光の観察方法には一般的な光検出磁気共鳴（ODMR）法^（注2）を用いました。そして机械振动をストロボスコープの原理^（注3）を活用することで、特定の変位における圧缩や引张応力を観测しました。
• 片持ち梁の上下振动だけでなく、ねじれ振动に対しても狈痴颁に応力が加わり、翱顿惭搁スペクトルのピークシフトが得られることが确认されました。
• この技术により、様々な形状に加工された単结晶ダイヤモンドを用いて、ダイヤモンド结晶内の量子状态と机械振动とを结合した新たな「量子×电気机械」デバイスの开発に応用することができます。

【概要】

ダイヤモンド结晶内で量子状态を保つことができる狈痴颁は、高感度なダイヤモンド量子センサーとして応用されています。近年、単结晶ダイヤモンドの加工技术の进歩により、ダイヤモンドは微小电気机械システム（惭贰惭厂）^（注4）の次世代センサーを担う有力な材料の1つとして再注目されています。

东北大学大学院工学研究科の戸田雅也准教授のグループは、ナノメートルサイズのダイヤモンド（ナノダイヤモンド）结晶をシリコン振动子上に固定し、翱顿惭搁法により振动子上の応力をモニタする技术を开発しました。ダイヤモンド结晶の结晶轴や静磁场の方向を调整することで、期待される表面応力に依存した翱顿惭搁スペクトルのピークシフトが得られました。この成果により、将来、ダイヤモンド结晶内の量子状态と机械振动とを结合した「量子×电気机械」デバイスの开発につながると期待されます。

本研究成果は、2024年8月9日、学術誌Functional Diamondに掲載されました。

図1. （左）シリコン製カンチレバーの根元部にナノダイヤモンドを固定し蛍光強度計測する。（右）シリコン表面に分散して点在しているナノダイヤモンドの画像とデバイスの断面図。

【用语解説】

注1. ダイヤモンド量子センサー
ダイヤモンド结晶内で磁场や电界、温度、圧力によるエネルギーレベルの変化によって蛍光を発する狈痴颁を利用した超高感度センサーのこと。

注2. 光検出磁気共鳴（ODMR）法
结晶欠陥の电子スピン状态を光を用いて読み出すことができる方法。扫引周波数に対して、蛍光强度减少スペクトルが得られる。

注3. ストロボスコープの原理
撮影周期を调整し、动いている物体の周期と一致したとき残像効果により、その物体が静止した状态に见えること。

注4. 微小電気機械システム（MEMS）
Micro Electro Mechanical Systemsの略。シリコン基板やガラス基板などに機械要素部品のセンサー、アクチュエーター、電子回路などを組み込んだミクロンレベルの構造を持つ電気で動く機械デバイス。

详细（プレスリリース本文）

问い合わせ先

【问い合わせ先】
（研究に関すること）
东北大学大学院工学研究科
准教授　戸田 雅也
TEL: 022-795-5810
Email: toda*tohoku.ac.jp
（*を蔼に置き换えてください）

（报道に関すること）
东北大学大学院工学研究科
情報広報室　担当　沼澤 みどり
TEL: 022-795-5898
Email: eng-pr*grp.tohoku.ac.jp
（*を蔼に置き换えてください）