異種基板上成長ダイヤモンド結晶による高感度量子センサ開発に成功

量子品質ダイヤモンド基板の工業的製造と応用の加速に貢献

【ポイント】
 〇 異種基板上のヘテロエピ成長技術により、量子センサに適した（111）結晶方位とコヒーレンス時間を備える“量子品質”の10 mm径以上のダイヤモンド結晶基板の作製を実現
 〇 異種基板上ダイヤモンド結晶基板を用いたダイヤモンド量子センサはEV搭載電池モニタに期待される高精度（10 mA）を実現
 〇 量子品質のダイヤモンド基板の大面積化と量子センサをはじめとする量子応用に期待

【概要】
東京科学大学（Science Tokyo）工学院 電気電子系の波多野睦子教授と岩崎孝之教授、産業技術総合研究所 先進パワーエレクトロニクス研究センターの牧野俊晴研究チーム長と加藤宙光上級主任研究員、および信越化学工業株式会社 精密機能材料研究所の野口仁主席研究員らで構成される文部科学省 光・量子飛躍フラッグシッププログラム（Q-LEAP）のグループは、異種（非ダイヤモンド）基板上にダイヤモンド層をヘテロエピ成長させ、量子センサに適した（111）結晶方位とコヒーレンス時間を備える量子品質の10 mm径以上のダイヤモンド結晶基板作製に成功しました。また、同基板によるダイヤモンド量子センサを開発し、精密アラインメント技術の適用により、EV搭載電池モニタに期待される雑音に強く高精度（10 mA）な電流計測を実証しました。

ダイヤモンド結晶中のNVセンタを利用したダイヤモンド量子センサは、幅広い温度を含め、広汎な外部環境下で動作し高感度と広いダイナミックレンジを有するロバストなセンサとして、また、磁場・電界・温度・圧力他を同時に計測可能なマルチモーダルセンサとして、世界中で開発が加速しています。しかし、量子センサ用のダイヤモンド結晶基板は、製造方法の制約から、これまで数ミリメートルサイズのものしか実現されていませんでした。

本研究は、ヘテロエピCVD成長によりダイヤモンド基板の大面積化と高感度な量子センサ応用の可能性を実証したものです。これは量子品質のダイヤモンド結晶基板の大面積化と量子センサなどの固体量子応用の可能性を示すものであり、量子センサによる生体計測等の医療応用や、EV搭載電池モニタを始めとするエネルギーデバイス応用等への適用が加速すると期待されます。

本成果は、1月18日付の「Advanced Quantum Technologies」誌に掲載されました。

 
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https://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2025/pr20250206/pr20250206.html