世界最小のダイヤモンド量子センサーの作成に成功【3分で読める研究成果】

掲載日：2019年7月23日更新

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世界最小のダイヤモンド量子センサーの作成に成功

－細胞や分子のわずかな変化をとらえる超高感度センサーとして期待－

（2019.5.28 プレスリリース）

キーワード：「量子センサー」とは？

ダイヤモンドＮＶセンター

細胞内のわずかな変化をとらえることのできる次世代の超高感度センサーです。本成果では、ダイヤモンドを量子センサーの材料にしています。ダイヤモンドは炭素の結晶ですが、結晶中に不純物として窒素（Nitrogen）が存在すると、その隣に空孔（Vacancy）ができることがあります。この窒素と空孔の中心「NVセンター」には、周辺環境の温度、電場、磁場など、ごくわずかな変化を敏感に検知して、量子状態が変わる特性があります。この特性をセンサーとして利用します。また、このNVセンターは、光を当てると非常に明るく蛍光発光するので、蛍光プローブと同じように分子の位置を特定することもできます。

ダイヤモンド　　　⇒　　ダイヤモンド発色

成果のポイント

その1：既存技術で作製できる量子センサーは数十ナノメートルサイズが限界でした。それを、爆薬の爆発で炭素を圧縮する「爆轟（ばくごう）法」で作られた微小なダイヤモンドをセンサーの材料とすることで、分子サイズの5ナノメートルサイズまで小さくすることができました。これにより、小さいタンパク質やDNAなどの分子の計測が可能になります。

細胞とダイヤモンド

その2：爆轟法ナノダイヤモンドの結晶中に自然にできるNVセンターはごくわずかで、量子センサーとして利用することができません。また、爆轟法ナノダイヤモンドは固まりを作りやすく、ナノメートルサイズを実現できない問題がありました。これを電子線照射と熱した硫酸や酢酸による化学処理（熱混酸処理）で解決し、5ナノメートルサイズの量子センサーの開発に成功しました。

爆轟法ダイヤモンド