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ダイヤモンド半導体は特異な物性を有し、それを用いた新たな価値を創生する応用が期待できる。本稿では、ダイヤモンド中の窒素‐空孔中心(NV)を用いた室温で動作する量子センサの特徴を示し、NVセンタアンサンブルによる高感度化技術を紹介する。これにより、蛋白質の構造解析に必要なナノメータの領域、細胞計測に必要なサブミクロンの領域、医用・食品・構造物の非侵襲計測に必要なミクロン以上の領域まで、空間分解能に対してスケーラブルな応用が拓ける。

ダイヤモンドの魅力。それは、もちろん誰もを魅了する宝石としての輝きでしょう！しかし、ほかの半導体にないユニークで優れた物性は宝石より魅力的である。本稿では、ダイヤモンド（以下、ダイヤ）半導体を用いた高機能センサの将来展望をお伝えしたい。SiC半導体はLED（Light-Emitting Diode）の市場が開拓され、パワーデバイスに展開されたように、ダイヤデバイスはまずセンサで、と考える。そのために、理論・材料・デバイス・回路システム・応用のチームが一体となり、国内外、産官学の連携の下で進めている。

世界の注目が高まっているダイヤ中の窒素-空孔センタ（NVC）の現象と、それを応用したセンサを紹介する。NVCは室温で単一スピンを操作・検出することが可能で、その状態を光検出磁気共鳴でイメージングできる特徴がある。また、磁場、温度、電場、歪（ひずみ）の物理量の検出、量子センシング機能を有する。さらに、NVCは1単位のナノスケールから、結晶内に高密度で生成した巨視的サイズまで、スケーラブルなセンサの実現が期待できる。このため、米国ハーバード大学やドイツ・シュトゥットガルト大学を中心に、世界的に研究が盛んになっており、従来のセンサを凌駕（りようが）する可能性を示している1～8)。本稿では、まず特徴と応用を俯瞰（ふかん）し、工学的な見地からの感度と安定性の向上を実現するために必要な要素技術を紹介したい。