JP-2026077388-A - 物理量検出装置、物理量検出装置の制御方法、および物理量検出装置のためのコンピュータプログラム

Abstract

【課題】検出感度を向上させることが可能な物理量検出装置を提供する。 【解決手段】物理量検出装置は、発光中心を含むセンサ素子と、励起光を発生させてセンサ素子に照射する励起光パルス発生部と、発光中心のスピン量子ビットを操作するための高周波パルスを発生させてセンサ素子に照射する高周波パルス発生部と、発光中心の発光を検出する光検出部と、を備える。発光中心は、互いに異なる２つのスピン量子ビットを有している。２つのスピン量子ビットは、互いに等価であるとともに異なる準位から成る。高周波パルス発生部は、異なる２つの周波数が重畳した高周波パルスを発生させてセンサ素子に照射し、２つのスピン量子ビットの操作を同時に行う。 【選択図】図１

Inventors

• 田原 康佐

Assignees

• 株式会社豊田中央研究所

Dates

Publication Date

20260513

Application Date

20241025

Claims (10)

1. 発光中心を含むセンサ素子と、 励起光を発生させて前記センサ素子に照射する励起光パルス発生部と、 前記発光中心のスピン量子ビットを操作するための高周波パルスを発生させて前記センサ素子に照射する高周波パルス発生部と、 前記発光中心の発光を検出する光検出部と、 を備え、 前記発光中心は、互いに異なる２つのスピン量子ビットを有しており、 前記２つのスピン量子ビットは、互いに等価であるとともに異なる準位を有しており、 前記高周波パルス発生部は、異なる２つの周波数が重畳した前記高周波パルスを発生させて前記センサ素子に照射し、前記２つのスピン量子ビットの操作を同時に行う、 物理量検出装置。
2. 前記発光中心は、炭化ケイ素中で光検出磁気共鳴検出可能なスピン３／２を有している、請求項１に記載の物理量検出装置。
3. 前記２つのスピン量子ビットは、磁気量子数｛＋３／２，＋１／２｝の組、および、｛－３／２，－１／２｝の組である、請求項２に記載の物理量検出装置。
4. 前記２つの周波数は、磁気量子数の＋１／２および＋３／２の共鳴周波数である第１共鳴周波数、および、磁気量子数の－１／２および－３／２の共鳴周波数である第２共鳴周波数である、請求項３に記載の物理量検出装置。
5. 前記高周波パルス発生部は、 前記第１共鳴周波数の高周波信号を生成する第１高周波信号源と、 前記第２共鳴周波数の高周波信号を生成する第２高周波信号源と、 前記第１高周波信号源の出力および第２高周波信号源の出力を合成することで前記高周波パルスを発生させる合成部と、 を備える、請求項４に記載の物理量検出装置。
6. 前記物理量検出装置は、前記励起光パルス発生部、前記高周波パルス発生部、前記光検出部、の動作を制御可能に構成されている制御部をさらに備えており、 前記制御部は、 前記励起光パルス発生部に、励起光のパルスを前記センサ素子に照射する１回目の励起光照射を実行させ、 前記高周波パルス発生部に、π／２パルスの前記高周波パルスを前記センサ素子に照射する１回目のπ／２パルス照射を実行させ、 前記１回目のπ／２パルス照射から所定時間の経過後に、前記高周波パルス発生部に、π／２パルスの前記高周波パルスを前記センサ素子に照射する２回目のπ／２パルス照射を実行させ、 前記２回目のπ／２パルス照射の実行後に、前記励起光パルス発生部に、前記励起光のパルスを前記センサ素子に照射する２回目の励起光照射を実行させ、 前記２回目の励起光照射による前記発光中心の発光状態を、前記光検出部に検出させる、請求項１－５の何れか１項に記載の物理量検出装置。
7. 前記２つのスピン量子ビットは、磁気量子数｛＋３／２，＋１／２｝の組、および、｛－３／２，－１／２｝の組であり、 前記２つの周波数は、磁気量子数の＋１／２および＋３／２の共鳴周波数である第１共鳴周波数、および、磁気量子数の－１／２および－３／２の共鳴周波数である第２共鳴周波数であり、 前記１回目のπ／２パルス照射で用いられた前記高周波パルスに含まれる前記第１共鳴周波数のパルス位相および前記第２共鳴周波数のパルス位相に対して、前記２回目のπ／２パルス照射で用いられた前記高周波パルスに含まれる前記第１共鳴周波数のパルス位相および前記第２共鳴周波数のパルス位相の何れか一方が、反転している、請求項６に記載の物理量検出装置。
8. 前記物理量検出装置で検出される物理量が、温度または電場である、請求項７に記載の物理量検出装置。
9. 発光中心を含むセンサ素子と、 励起光を発生させて前記センサ素子に照射する励起光パルス発生部と、 前記発光中心のスピン量子ビットを操作するための高周波パルスを発生させて前記センサ素子に照射する高周波パルス発生部と、 前記発光中心の発光を検出する光検出部と、 を備える物理量検出装置の制御方法であって、 前記発光中心は、互いに異なる２つのスピン量子ビットを有しており、 前記２つのスピン量子ビットは、互いに等価であるとともに異なる準位を有しており、 前記高周波パルス発生部によって、異なる２つの周波数が重畳した前記高周波パルスを発生させて前記センサ素子に照射し、前記２つのスピン量子ビットの操作を同時に行う、 物理量検出装置の制御方法。
10. 発光中心を含むセンサ素子と、 励起光を発生させて前記センサ素子に照射する励起光パルス発生部と、 前記発光中心のスピン量子ビットを操作するための高周波パルスを発生させて前記センサ素子に照射する高周波パルス発生部と、 前記発光中心の発光を検出する光検出部と、 メモリと、 演算回路と、 を備える物理量検出装置のためのコンピュータプログラムであって、 前記発光中心は、互いに異なる２つのスピン量子ビットを有しており、 前記２つのスピン量子ビットは、互いに等価であるとともに異なる準位から成り、 前記高周波パルス発生部によって異なる２つの周波数が重畳した前記高周波パルスを発生させて前記センサ素子に照射し、前記２つのスピン量子ビットの操作を同時に行う照射部として、前記演算回路を機能させる、 コンピュータプログラム。

Description

本明細書は、物理量検出装置、物理量検出装置の制御方法、および物理量検出装置のためのコンピュータプログラムに関する。 従来、固体中のスピン欠陥（発光中心）を有するセンサ素子を使用して、磁場、温度、電場等の物理量を検出する物理量検出装置が提案されている。このような物理量検出装置では、発光中心の発光強度が物理量によって変化することを利用している。具体的には、センサ素子に励起エネルギーおよび共鳴電磁波を付与し、発光中心の基底準位または励起準位の共鳴時における発光強度変化を検出する。なお、関連する技術が、特許文献１に開示されている。 特表２０２３－１３６０１５号公報 物理量検出装置１の概略的な構成図である。シリコン空孔のエネルギー準位図である。スピンのエネルギー準位の変化を示す図である。物理量の検出シーケンスのフローチャートである。励起光パルスＥＰおよび高周波パルスＨＰの印加タイミングチャートである。ブロッホ球により量子状態を表現した図である。π／２パルス幅の校正のフローチャートである。連続波ＯＤＭＲスペクトルの例を示す図である。ラビ振動の一例を示す図である。比較例における検出原理を説明する図である。本実施例における検出原理を説明する図である。実施例２における量子状態を示す図である。実施例３における、励起光パルスＥＰおよび高周波パルスＨＰの印加タイミングチャートである。交流磁場ＡＦを与えてセンサ動作を行った結果の一例を示す図である。