利用報告書 / User's Reports

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【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.03】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24UT1056

利用課題名 / Title

量子センシングのためのマイクロ波アンテナ作製

利用した実施機関 / Support Institute

東京大学 / Tokyo Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed

キーワード / Keywords

レーザー加工、マイクロ波アンテナ、窒素空孔,リソグラフィ/ Lithography,光リソグラフィ/ Photolithgraphy,スピン制御/ Spin control,スピントロニクス/ Spintronics,高周波デバイス/ High frequency device,センサ/ Sensor,量子効果デバイス/ Quantum effect device


利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

小林 研介

所属名 / Affiliation

東京大学大学院理学系研究科物理学専攻

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

佐々木健人,小河 健介,西村 俊亮,小林 拓

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-


利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

UT-913：UVレーザープリント基板加工装置
UT-501：卓上アッシング装置


報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

ダイヤモンド中の窒素空孔中心の電子スピンは、光とマイクロ波によって制御可能であり、空間分解能と感度を併せ持つ量子センシングに応用されている。この技術を利用する磁気イメージング測定には、広範囲に高強度なマイクロ波を照射できるだけでなく、光学測定を阻害しない構造のアンテナが必要である。本グループでは、武田先端知ビルの設備を利用して、磁気イメージング用のアンテナの作製を日常的に行っている。特に、今年度は、低温環境(<10K)での使用を念頭に熱伝導が良いアルミナ基板上へ高効率なDouble Split-Ring Resonator (DSRR)を作製することに新しく挑戦した。

実験 / Experimental

空間分解能と集光率の高い高NA(0.7)の対物レンズを用いて広視野測定ができるよう、CERcuits社の薄い(0.5 mm)Al2O3生基板(両面銅箔35μm厚)を利用し、DSRRの中央に約φ2 mmの開口を設けるデザインを作成した。 UVレーザープリント基板加工装置 にdxfファイルとしてデザインを取り込んで基板加工を行った。加工レシピはSN_Al2O3_Cuを利用した。

結果と考察 / Results and Discussion

典型的な加工後のアルミナ基板の状態を図1に示す。未だレシピが最適化されていないためか、白いアルミナ基板上の銅箔が完全には取り切れていない。そこで、基板を動かさずに上面の追加工を行った。仕上がった状態を図2に示す。銅箔が取り切れたことで、白いアルミナ基板が露出していることが目視で確認できる。また、わずか50μmのギャップ部分についても銅箔が取り切れていることを、テスターで確認できている。今後は、レシピの最適化を行い、スループットの向上(現在は共振器一つの加工時間に約1時間必要)を狙いたい。なお、アルミナ基板が硬質であるためか、基板から加工部分を取り出す際に割れてしまうことがあった。加工部分にダメージが入らないよう、極力、基板エッジ付近を狙って加工すると良いだろう。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations


図1: 初回加工後のアルミナ基板



図2: 追加工後のアルミナ基板


その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)


成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
  1. Kouki Yamamoto, Nanodiamond quantum thermometry assisted with machine learning, Applied Physics Express, 18, 025001(2025).
    DOI: 10.35848/1882-0786/adac2a
  2. Hao Gu, Systematic characterization of nanoscale h -BN quantum sensor spots created by helium-ion microscopy, Physical Review Applied, 22, (2024).
    DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.22.054026
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
  1. Kento Sasaki, "Wide-field quantitative imaging of superconducting vortices using diamond quantum sensors" Workshop on Detection and Mitigation of Flux Trapping in Superconducting Digital Electronics (Yokohama National University), 2024/12/13
  2. Kento Sasaki, "Magnetic imaging using color center ensembles" 3rd International Workshop of Spin/Quantum Materials and Devices & 6th Workshop on Quantum and Classical Cryogenic Devices, Circuits, and Systems (Tohoku University), 2024/11/05
  3. Moeta Tsukamoto, Zhewen Xu, Tomoya Higo, Kouta Kondou, Kento Sasaki, Mihiro Asakura, Shoya Sakamoto, Pietro Gambardella, Shinji Miwa, YoshiChika Otani, Satoru Nakatsuji, Christian L. Degen, Kensuke Kobayashi, "Observation of antiferromagnetic domain wall in Mn3Sn using scanning diamond quantum sensor" 13th Workshop on Semiconductor/Superconductor Quantum Coherence Effect and Quantum Information (Hotel Sunvalley Nasu), 2024/09/24-2024/09/26
  4. Ryotaro Suda, Koki Yamamoto, Kenshin Uriu, Misaki Sasaki, Mari Einaga, Katsuya Shimizu, Kento Sasaki, Kensuke Kobayashi, "Imaging stress distribution under high pressure using diamond quantum sensors" 13th Workshop on Semiconductor/Superconductor Quantum Coherence Effect and Quantum Information (Hotel Sunvalley Nasu), 2024/09/24-2024/09/26
  5. Shunsuke Nishimura, Taku Kobayashi, Kensuke Ogawa, Takeyuki Tsuji, Takayuki Iwasaki, Mutsuko Hatano, Kento Sasaki, Kensuke Kobayashi, "Perfectly-aligned diamond quantum sensors to visualize superconducting vortices" Optica Sensing Congress 2024 (Le Centre de Congrès Pierre Baudis Toulouse, France), 2024/07/15-2024/07/19
  6. Shunsuke Nishimura, Taku Kobayashi, Daichi Sasaki, Takeyuki Tsuji, Takayuki Iwasaki, Mutsuko Hatano, Kento Sasaki, Kensuke Kobayashi, "Quantitative wide-field imaging of superconducting vortices using diamond quantum sensors" New Diamond \& Nano Carbons 2024 (University of Technology Sydney, Sydney, Australia), 2024/05/27-2024/05/30
  7. Kento Sasaki, Takashi Taniguchi, Kensuke Kobayashi, "Nitrogen isotope effects on hBN quantum sensor" Boron Nitride Workshop (University of Technology Sydney, Sydney, Australia), 2024/05/21-2024/05/23
  8. Kento Sasaki, "Arrangement of Nanosized hBN Quantum Sensor Spots using Helium Ion Microscope" The 2024 International Conference on Frontiers of Characterization and Metrology for Nanoelectronics, (Monterey Marriott, California, USA), 2024/04/15-2024/04/18
  9. Kento Sasaki, "Nanosized quantum sensor spots in hexagonal boron nitride created using helium ion microscopy" 第85回応用物理学会秋季学術講演会 シンポジウム"Application of Advanced Ion/Electron Microscopy for Future Nanoscale Materials and Devices" (朱鷺メッセ) 2024年9月16-20日
  10. 塚本萌太, Zhewen Xu, 肥後友也, 近藤浩太, 佐々木健人, 朝倉海寛, 坂本祥哉, Pietro Gambardella, 三輪真嗣, 大谷義近, 中辻知, Christian Degen, 小林研介, 「Mn3Snにおけるカイラル磁壁の観測」 日本物理学会 2024年秋季大会 (北海道大学 札幌キャンパス), 2024年9月16-19日
  11. 小河健介, 塚本萌太, 森祐輔, 高藤大悟, 上田浩平, 松野丈夫, 佐々木健人, 小林研介, 「ダイヤモンド量子センサによるYIGスピン波のイメージング測定」, 日本物理学会 2024年秋季大会 (北海道大学 札幌キャンパス), 2024年9月16-19日
  12. 中村祐貴, 西村俊亮, 岩崎拓哉, 中払周, 小川真一, 森田行則, 渡邊賢司, 谷口尚, 佐々木健人, 小林研介, 「六方晶窒化ホウ素中のホウ素欠陥を利用した動的核スピン分極」 日本物理学会 2024年秋季大会 (北海道大学 札幌キャンパス), 2024年9月16-19日
  13. 西村俊亮, 小林拓, 小河健介, 顧豪, 辻赳行, 岩崎孝之, 波多野睦子, 佐々木健人, 小林研介, 「超伝導微細デバイスにおける量子渦の観測」 日本物理学会 2024年秋季大会 (北海道大学 札幌キャンパス), 2024年9月16-19日
  14. 小林拓, 西村俊亮, 小河健介, 顧豪, 辻赳行, 岩崎孝之, 波多野睦子, 佐々木健人, 小林研介, 「広視野局所磁場計測による量子渦の分布の観測」, 日本物理学会 2024年秋季大会 (北海道大学 札幌キャンパス), 2024年9月16-19日
  15. 山本航輝, 須田涼太郎, 瓜生健心, 佐々木岬, 榮永茉利, 清水克哉, 佐々木健人, 小林研介, 「ダイヤモンド量子センサを用いた高圧力下での鉄の磁気イメージング」 日本物理学会 2024年秋季大会 (北海道大学 札幌キャンパス), 2024年9月16-19日
  16. 瓜生健心, 佐々木岬, 榮永茉莉, 須田涼太郎, 山本航輝, 佐々木健人, 小林研介, 清水克哉, 「ダイヤモンド量子センサを組み込んだ高圧力発生装置の開発」 日本物理学会 2024年秋季大会 (北海道大学 札幌キャンパス), 2024年9月16-19日
  17. 須田涼太郎, 山本航輝, 瓜生健心, 佐々木岬, 榮永茉利, 清水克哉, 佐々木健人, 小林研介, 「ダイヤモンド量子センサを用いた高圧力下での応力分布イメージング」 日本物理学会 2024年秋季大会 (北海道大学 札幌キャンパス), 2024年9月16-19日
  18. 佐々木健人, 小林研介, 「量子センサを用いた磁性体のイメージング」 日本磁気学会 第93回スピントロニクス専門研究会 「量子とスピン」 (東北大学), 2024年06月20日
  19. 原田怜, 中村祐貴, 田中未羽子, 井手上敏也, 佐々木健人, 小林研介, 「ダイヤモンド量子センサーによるvan der Waals磁性体 (Fe1-xCox)5GeTe2 の磁場イメージングの試み」 日本物理学会 2024年秋季大会 (北海道大学 札幌キャンパス), 2024年9月16-19日
  20. 顧豪, 西村俊亮, 佐々木健人, 小林研介, 「量子センサを用いた物質中の磁気ゆらぎ測定に向けて」 日本物理学会 2024年秋季大会 (北海道大学 札幌キャンパス), 2024年9月16-19日
特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件

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