東北大学ら、MEMS一体型の単結晶ダイヤモンド量子センサーを実現

ニュース紹介

「MEMS一体型の単結晶ダイヤモンド量子センサー実現」

東北大学大学院工学研究科の戸田雅也准教授と物質・材料研究機構（NIMS）の研究グループは、単結晶ダイヤモンド（SCD）で作製したMEMSカンチレバーの内部にあるNVセンター領域を、応力の検出に直接利用できることを示したと発表しました。

機械や微小な構造の内部に生じている応力を直接測る技術の開発が課題となっていました。

研究グループは、単結晶ダイヤモンドにMEMSの微細加工技術を適用し、光検出磁気共鳴（ODMR）測定によって応力を読み取りました。その結果、19.8MHz/GPaの感度での応答を確認しています。同グループは、量子センシング機能とMEMSの機械構造を一体化した小型・集積型のセンシング技術への展開が期待されるとしています。

出典：東北大学 2026年9月3日 プレスリリース
https://www.tohoku.ac.jp/japanese/2026/09/press20260893-02-mems.html

FrontJournalの解説

この研究分野について

ダイヤモンドの結晶には、炭素が窒素に置き換わり隣が空になったNVセンターという欠陥があります。ここに光を当てて出てくる光を調べると、まわりの磁場や温度、力の状態が分かります。

これを使うのが量子センサーです。室温で働き、非常に小さな変化を捉えられるため、医療の計測から材料の検査まで応用が探られています。

①構造の内側の力は測りにくい

機械や微小な構造がどれだけの力を受けているかは、外側にひずみゲージを貼るなどして推し量るのが一般的です。

ただしそれでは表面の情報にとどまり、構造の内部に生じている応力を直接測ることはできません。小さな部品ほどセンサーを貼る場所も限られます。

②梁そのものをセンサーにする

研究グループは、単結晶ダイヤモンドにMEMSの微細加工技術を適用し、片持ち梁（カンチレバー）を作りました。ダイヤモンドは内部にNVセンターを持つため、梁そのものがセンサーになります。

光検出磁気共鳴という方法で梁の内部の状態を読み取り、19.8MHz/GPaの感度で応力に応じた応答を確認しました。

編集部からひとこと

測る道具を貼り付けるのではなく、構造材そのものが測る、という組み立てです。ダイヤモンドは硬く化学的にも安定しているため、機械部品としての性質とセンサーとしての性質を1つの材料が兼ねられます。研究グループは、小型で集積できるセンシング技術への展開を見込んでいます。