JP2012110489A - Magnetism measuring instrument, and method for manufacturing magnetism sensor element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、磁気計測装置、及び、磁気センサ素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a magnetic measuring device and a method for manufacturing a magnetic sensor element.
従来、液体ヘリウム温度下で利用されるSQUID(Superconducting QUantum Interference Device)や、液体窒素温度で動作する高温超電導SQUID等の磁気センサが知られている(非特許文献1)。このような磁気センサは、何れも、fT/√(Hz)の磁気検出感度を持つ。 Conventionally, magnetic sensors such as a SQUID (Superconducting Quantum Interference Device) used at a liquid helium temperature and a high-temperature superconducting SQUID operating at a liquid nitrogen temperature are known (Non-Patent Document 1). Any of such magnetic sensors has a magnetic detection sensitivity of fT / √ (Hz).
しかし、このようなSQUIDを用いた従来の磁気センサは、動作温度が比較的低いので、磁気センサと対象物との間には断熱層と冷媒層とが必要となる。磁気センサと対象物との間に断熱層と冷媒層とを設けるので、磁気センサと対象物との間の距離は比較的長い。このため、従来の磁気センサを用いて、計測対象から十分な強度の磁気を計測することは困難である。そこで、本発明の目的は、上記の事項を鑑みてなされたものであり、計測対象から十分な強度の磁気を計測できる磁気計測装置と磁気センサ素子の製造方法とを提供することである。 However, since a conventional magnetic sensor using such a SQUID has a relatively low operating temperature, a heat insulating layer and a refrigerant layer are required between the magnetic sensor and the object. Since the heat insulating layer and the refrigerant layer are provided between the magnetic sensor and the object, the distance between the magnetic sensor and the object is relatively long. For this reason, it is difficult to measure a sufficiently strong magnetism from a measurement object using a conventional magnetic sensor. In view of the above, an object of the present invention is to provide a magnetic measuring device and a method for manufacturing a magnetic sensor element that can measure magnetism with sufficient strength from a measurement target.
本発明の一側面に係る磁気計測装置は、電子スピン共鳴を用いて磁気を検出する検出器と、前記検出器を搭載するベース部と、を備える。前記検出器は、当該検出器の先端部に設けられた磁気センサ素子を有し、前記磁気センサ素子は、電子スピン共鳴信号を出力するダイヤモンドからなり、前記磁気センサ素子のダイヤモンドは、0.01%以下の原子濃度の13C原子と100ppm以下の原子濃度の窒素原子とを含み、前記磁気センサ素子のダイヤモンドに含まれており前記磁気センサ素子のダイヤモンド内の空格子点に隣接する窒素原子の数は、前記磁気センサ素子のダイヤモンドに含まれている窒素原子の数の5%以上であり、前記ベース部は、主面を有しており、前記先端部の位置を該主面と交差する方向で調整するための位置調整部を有する、ことを特徴とする。 A magnetic measurement device according to one aspect of the present invention includes a detector that detects magnetism using electron spin resonance, and a base portion on which the detector is mounted. The detector has a magnetic sensor element provided at the tip of the detector, and the magnetic sensor element is made of diamond that outputs an electron spin resonance signal, and the diamond of the magnetic sensor element is 0.01 % Of atomic concentration of 13 C atoms and nitrogen atoms of atomic concentration of 100 ppm or less, contained in diamond of the magnetic sensor element and adjacent to vacancies in the diamond of the magnetic sensor element. The number is 5% or more of the number of nitrogen atoms contained in diamond of the magnetic sensor element, the base portion has a main surface, and the position of the tip portion intersects the main surface. It has the position adjustment part for adjusting with a direction, It is characterized by the above-mentioned.
この磁気計測装置によれば、13C原子の原子濃度が0.01%以下なので、磁気センサ素子に生じる電気的および光学的な発熱は、十分に低減される。このように13C原子の原子濃度が比較的に低いので、N−Vセンターを構成していない窒素原子の原子濃度も低い。よって、スピン緩和時間が比較的に長くなり、生体磁気信号(人などの生体から発せられる磁気信号)の計測が可能となる。すなわち、ノイズ源となる核スピンをもつ13Cの原子濃度が0.01%以下なので、nT(nano Tesla)のオーダー以下(すなわち、aT(atto Tesla)以上nT以下の範囲)の磁気が、ダイヤモンドの光照射ESR測定(ODMR)において計測できる。スピン緩和時間が長くなるほど、ESRの微細構造がシャープになるためである。13C濃度の原子濃度を0.01%以下にすることによって、スピン緩和時間は20ms程度まで高くすることができる。なお、例えば、13C原子の原子濃度が1.1%の場合のスピン緩和時間は、数μsから100μs程度である。ダイヤモンドの光照射ESR測定(ODMR)を用いて磁気を計測した例は、公知文献(“Nature”455(2008)644)に開示されている。この公知文献では、天然ダイヤモンドを用いて0.5μT(micro Tesla)/√Hz以上の磁気の計測が可能となっている。上記の公知文献においては、核スピンをもつ13C原子の原子濃度が1.1%となっているので、スピン緩和時間は、この13C原子の原子濃度に起因して、比較的短い。このため、本発明者は、上記の公知文献の技術では0.5μT/√Hz未満の磁気の計測は不可能と考える一方、核スピンを持つ13C原子の原子濃度の低減と不純物(窒素)の原子濃度の低減とを行うことで、0.5μT/√Hz未満の磁気の計測は可能と考えた。そこで、磁気センサ素子に好適な13C原子の原子濃度と不純物(窒素)の原子濃度と、を有するダイヤモンド結晶を合成し、今回の発明に至った。 According to this magnetic measurement apparatus, since the atomic concentration of 13 C atoms is 0.01% or less, the electrical and optical heat generation generated in the magnetic sensor element is sufficiently reduced. Thus, since the atomic concentration of 13 C atoms is relatively low, the atomic concentration of nitrogen atoms that do not constitute the NV center is also low. Therefore, the spin relaxation time becomes relatively long, and biomagnetic signals (magnetic signals emitted from a living body such as a human) can be measured. That is, since the atomic concentration of 13 C having a nuclear spin as a noise source is 0.01% or less, the magnetism of the order of nT (nano Tesla) or less (ie, aT (atto Tesla) or more and nT or less)) It can be measured in the light irradiation ESR measurement (ODMR). This is because the longer the spin relaxation time, the sharper the ESR microstructure. By making the atomic concentration of 13 C concentration 0.01% or less, the spin relaxation time can be increased to about 20 ms. For example, when the atomic concentration of 13 C atoms is 1.1%, the spin relaxation time is about several μs to 100 μs. An example of measuring magnetism using light-irradiated ESR measurement (ODMR) of diamond is disclosed in a known document ("Nature" 455 (2008) 644). In this known document, it is possible to measure magnetism of 0.5 μT (micro Tesla) / √Hz or more using natural diamond. In the above-mentioned known literature, the atomic concentration of 13 C atoms having a nuclear spin is 1.1%. Therefore, the spin relaxation time is relatively short due to the atomic concentration of 13 C atoms. For this reason, the present inventor considers that it is impossible to measure magnetism below 0.5 μT / √Hz by the technique of the above-mentioned known literature, while reducing the atomic concentration of 13 C atoms having a nuclear spin and impurities (nitrogen). It was considered that the measurement of magnetism of less than 0.5 μT / √Hz is possible by reducing the atomic concentration. Therefore, a diamond crystal having an atomic concentration of 13 C atoms and an atomic concentration of impurities (nitrogen) suitable for a magnetic sensor element was synthesized, and the present invention was achieved.
この磁気計測装置によれば、磁気センサ素子のダイヤモンドに含まれる窒素原子の原子濃度は、100ppm以下なので、ESR(Electron Spin Resonance)を抑制する微小な磁場の発生が低減される。 According to this magnetic measuring device, since the atomic concentration of nitrogen atoms contained in diamond of the magnetic sensor element is 100 ppm or less, generation of a minute magnetic field that suppresses ESR (Electron Spin Resonance) is reduced.
空格子点と隣接していない窒素原子が磁気検出感度を抑制するが、この磁気計測装置によれば、磁気センサ素子のダイヤモンドに含まれている窒素原子のうち、このダイヤモンドに含まれている窒素原子の総数の5%以上の数の窒素原子が空格子点に隣接しているので、十分な磁気検出感度が得られる。 Nitrogen atoms that are not adjacent to vacancies suppress the magnetic detection sensitivity. According to this magnetic measurement device, among the nitrogen atoms contained in diamond of the magnetic sensor element, the nitrogen contained in this diamond Since the number of nitrogen atoms of 5% or more of the total number of atoms is adjacent to the vacancies, sufficient magnetic detection sensitivity can be obtained.
この磁気計測装置によれば、磁気の計測対象の表面に沿ってベース部の主面を配置し、ベース部に搭載された検出器の先端部の磁気センサ素子を計測対象の表面に十分に近づけることが可能となるので、比較的強い強度の磁気が計測対象から計測できる。 According to this magnetic measurement apparatus, the main surface of the base portion is arranged along the surface of the magnetic measurement target, and the magnetic sensor element at the tip of the detector mounted on the base portion is sufficiently brought close to the surface of the measurement target. Therefore, a relatively strong magnetic field can be measured from the measurement target.
この磁気計測装置では、前記磁気センサ素子のダイヤモンドに含まれるボロン原子の原子濃度は、1ppm未満である。この磁気計測装置によれば、ボロン原子の原子濃度が極めて低いので、磁気センサ素子は十分な絶縁性を有する。よって、金属配線によるコイル形成などを、磁気センサ素子に直接行うことが可能となる。 In this magnetic measurement apparatus, the atomic concentration of boron atoms contained in diamond of the magnetic sensor element is less than 1 ppm. According to this magnetic measuring device, since the atomic concentration of boron atoms is extremely low, the magnetic sensor element has sufficient insulation. Therefore, it is possible to directly form a coil with metal wiring on the magnetic sensor element.
この磁気計測装置では、前記ベース部は、前記主面から当該ベース部の裏面に貫通する孔部が設けられ、前記位置調整部は、一又は複数のOリングを有し、前記一又は複数のOリングの孔部は、前記ベース部の孔部に連通し、前記検出器は、前記一又は複数のOリングに接して前記一又は複数のOリングのそれぞれの孔部及び前記ベース部の孔部に挿入される。 In this magnetic measurement device, the base portion is provided with a hole penetrating from the main surface to the back surface of the base portion, and the position adjusting portion has one or a plurality of O-rings, A hole portion of the O-ring communicates with a hole portion of the base portion, and the detector is in contact with the one or more O-rings, and each of the hole portions of the one or more O-rings and the holes of the base portion. Inserted into the section.
この磁気計測装置によれば、検出器は、位置調整部が有するOリングに接して、このOリングの孔部とベース部の孔部とに挿入されるので、検出器とOリングとの摩擦によって、検出器がベース部に安定に保持されるとともに、ベース部の主面に交差する方向(検出器が挿入されるベース部の孔部の延びている方向)において、磁気センサ素子が配置されている検出器の先端部の位置が十分な精度(例えば、1mmの長さを単位として)で調整可能となる。 According to this magnetic measurement device, the detector is inserted into the hole of the O-ring and the hole of the base portion in contact with the O-ring of the position adjusting unit, and therefore the friction between the detector and the O-ring. With this, the detector is stably held by the base portion, and the magnetic sensor element is disposed in the direction intersecting the main surface of the base portion (the direction in which the hole of the base portion into which the detector is inserted extends). The position of the tip of the detector can be adjusted with sufficient accuracy (for example, with a length of 1 mm as a unit).
この磁気計測装置では、前記ベース部は、当該ベース部の孔部の二つの開口のそれぞれの縁部に設けられた二つの溝部を有し、前記位置調整部は、二つのOリングを有し、前記二つのOリングのうちの一のOリングは、前記二つの溝部のうちの一の溝部に配置され、前記二つのOリングのうちの他のOリングは、前記二つの溝部のうちの他の溝部に配置されている。 In this magnetic measuring device, the base portion has two groove portions provided at the respective edge portions of the two openings of the hole portion of the base portion, and the position adjusting portion has two O-rings. , One O-ring of the two O-rings is disposed in one groove of the two grooves, and the other O-ring of the two O-rings is out of the two grooves. It is arrange | positioned at the other groove part.
この磁気計測装置によれば、二つのOリングのうちの一のOリングは、ベース部の孔部の一の開口の縁部に設けられた溝部に配置され、二つのOリングのうちの他のOリングは、ベース部の孔部の他の開口の縁部に設けられた溝部に配置されるので、二つのOリングは、一方がベース部の主面の側に配置され、他方がベース部の裏面の側に配置される。そして、検出器は、この二つのOリングの孔部と、ベース部の孔部とに挿入される。従って、検出器の外面と二つのOリングとの摩擦によって、検出器がベース部に十分に安定に保持されるとともに、ベース部の主面に交差する方向(検出器が挿入されるベース部の孔部の延びている方向)において、磁気センサ素子が配置されている検出器の先端部の位置が比較的高い精度で調整可能となる。 According to this magnetic measuring device, one of the two O-rings is disposed in a groove provided at the edge of one opening of the hole of the base, and the other of the two O-rings. Since the O-ring is arranged in a groove provided at the edge of the other opening of the base portion, one of the two O-rings is arranged on the main surface side of the base portion, and the other is the base. It is arranged on the back side of the part. And a detector is inserted in the hole of these two O-rings, and the hole of a base part. Therefore, the friction between the outer surface of the detector and the two O-rings keeps the detector sufficiently stable on the base portion, and also in the direction intersecting the main surface of the base portion (the base portion in which the detector is inserted). In the direction in which the hole extends, the position of the tip of the detector on which the magnetic sensor element is arranged can be adjusted with relatively high accuracy.
この磁気計測装置では、前記位置調整部は、前記主面に設けられており前記主面の上に延びる筒状の突出部と、前記突出部に螺合するキャップ部と、前記突出部の端面と前記キャップ部との間に設けられたOリングと、を有し、前記突出部と前記キャップ部とは前記Oリングを挟んだ状態で螺合し、前記ベース部は、前記主面から当該ベース部の裏面に貫通する孔部が設けられ、前記突出部は、前記主面の上に延びる側壁を有し、前記突出部の側壁の外面には、ねじ溝が形成され、前記キャップ部は、側壁と、この側壁に交差する方向に延びる底壁とを有し、前記キャップ部の側壁の内面には、前記突出部との螺合が可能なねじ溝が形成され、前記キャップ部の底壁には、当該底壁を貫通する孔部が設けられ、前記キャップ部の底壁の孔部、前記Oリングの孔部、前記突出部の筒孔、及び、前記ベース部の孔部は連通し、前記検出器は、前記Oリングに接して、前記キャップ部の底壁の孔部、前記Oリングの孔部、前記突出部の筒孔、及び、前記ベース部の孔部、に挿入され、前記Oリングは、前記突出部の端面と前記キャップ部の底壁とによって挟まれている、ことを特徴とする。 In this magnetic measuring device, the position adjusting portion is provided on the main surface and extends above the main surface, a cylindrical protruding portion, a cap portion screwed into the protruding portion, and an end surface of the protruding portion And an O-ring provided between the cap portion and the cap portion, the protruding portion and the cap portion are screwed together with the O-ring sandwiched therebetween, and the base portion is A hole penetrating the back surface of the base portion is provided, the protruding portion has a side wall extending on the main surface, a screw groove is formed on an outer surface of the side wall of the protruding portion, and the cap portion is A side wall and a bottom wall extending in a direction crossing the side wall, and an inner surface of the side wall of the cap part is formed with a thread groove that can be screwed with the protruding part, and the bottom of the cap part The wall is provided with a hole penetrating the bottom wall, the hole of the bottom wall of the cap part, The hole portion of the O-ring, the cylindrical hole of the protruding portion, and the hole portion of the base portion communicate with each other, and the detector is in contact with the O-ring, and the hole portion of the bottom wall of the cap portion, Inserted into the hole of the ring, the cylindrical hole of the protrusion, and the hole of the base, and the O-ring is sandwiched between the end surface of the protrusion and the bottom wall of the cap. It is characterized by.
この磁気計測装置によれば、ベース部の孔部、突出部の筒孔、Oリングの孔部、及び、キャップ部の底壁の孔部、に検出器が挿入されるので、検出器がベース部に安定して保持される。また、Oリングがキャップ部の底壁と突出部の端面との間に挟まれた状態で、キャップ部が突出部に螺合するので、Oリングは、キャップ部の底壁と突出部の端面とによって押し潰されて変形し、Oリングの孔部の直径が比較的小さくなる。このため、この変形したOリングの孔部に挿入される検出器とこのOリングとの摩擦は比較的大きくなり、よって、検出器は、より安定した状態でベース部に保持される。 According to this magnetic measuring device, the detector is inserted into the hole of the base part, the cylindrical hole of the projecting part, the hole of the O-ring, and the hole of the bottom wall of the cap part. It is held stably in the part. Further, since the cap part is screwed into the projecting part in a state where the O-ring is sandwiched between the bottom wall of the cap part and the end surface of the projecting part, the O-ring is provided with the end wall of the cap part and the end surface of the projecting part And are crushed and deformed, and the diameter of the hole of the O-ring becomes relatively small. For this reason, the friction between the detector inserted into the hole of the deformed O-ring and the O-ring becomes relatively large, and thus the detector is held on the base portion in a more stable state.
本発明の一側面に係る磁気センサ素子の製造方法は、上記の何れかの磁気計測装置に含まれる磁気センサ素子の製造方法であって、0.01%以下の原子濃度の13C原子、0.1ppm以下の原子濃度の窒素原子、及び、1ppm未満の原子濃度のボロン原子、を含む単結晶ダイヤモンドを用意するステップと、10keV以上3MeV以下のエネルギー、及び、1×1013/cm−2以上1×1020/cm−2以下の原子濃度で、前記単結晶ダイヤモンドに窒素原子のイオンを注入するステップと、1時間以上3時間以下の時間内において摂氏600度以上摂氏1400度以下の範囲の温度で、前記イオンの注入を行った後の単結晶ダイヤモンドを加熱するステップと、を備える、ことを特徴とする。 A method of manufacturing a magnetic sensor element according to one aspect of the present invention is a method of manufacturing a magnetic sensor element included in any one of the above-described magnetic measurement apparatuses, and includes 13 C atoms having an atomic concentration of 0.01% or less, 0 A step of preparing a single crystal diamond containing a nitrogen atom having an atomic concentration of 1 ppm or less and a boron atom having an atomic concentration of less than 1 ppm, an energy of 10 keV or more and 3 MeV or less, and 1 × 10 13 / cm −2 or more Injecting nitrogen atoms into the single crystal diamond at an atomic concentration of 1 × 10 20 / cm −2 or less, and within a range of 1 hour to 3 hours, a range of 600 ° C. to 1400 ° C. Heating the single crystal diamond after the ion implantation at a temperature.
この磁気センサ素子の製造方法によれば、13C原子の原子濃度が0.01%以下であると、熱伝導率が天然存在比の炭素を用いた場合の1.5倍まで高まるので、磁気センサ素子に生じる電気的および光学的な発熱は、十分に低減される。 According to this method of manufacturing a magnetic sensor element, if the atomic concentration of 13 C atoms is 0.01% or less, the thermal conductivity increases up to 1.5 times that when carbon having a natural abundance is used. Electrical and optical heat generation occurring in the sensor element is sufficiently reduced.
この磁気センサ素子の製造方法によれば、ボロン原子の原子濃度が極めて低いので、磁気センサ素子は十分な絶縁性を有する。
よって、金属配線によるコイル形成などを、磁気センサ素子に直接行うことが可能となる。
According to this method for manufacturing a magnetic sensor element, since the atomic concentration of boron atoms is extremely low, the magnetic sensor element has sufficient insulation.
Therefore, it is possible to directly form a coil with metal wiring on the magnetic sensor element.
この磁気センサ素子の製造方法によれば、10keV以上3MeV以下のエネルギー、及び、1×1013/cm−2以上1×1020/cm−2以下の原子濃度で、単結晶ダイヤモンドに窒素原子のイオンを注入し、この後、1時間以上3時間以下の時間内において摂氏600度以上摂氏1400度以下の範囲の温度で、イオン注入を行った後の単結晶ダイヤモンドを加熱する。このようなイオン注入及び加熱が行われることによって、単結晶ダイヤモンドの窒素原子の原子濃度が100ppm以下であって、空格子点に隣接する窒素原子が単結晶ダイヤモンドに含まれる窒素原子の5%以上となる。従って、ESRを抑制する微小な磁場の発生が低減されるので、十分な磁気検出感度が得られる。
According to this method of manufacturing a magnetic sensor element, nitrogen atoms are added to single crystal diamond at an energy of 10 keV to 3 MeV and an atomic concentration of 1 × 10 13 /
本発明の一側面に係る磁気センサ素子の製造方法は、上記の何れかの磁気計測装置に含まれる磁気センサ素子の製造方法であって、0.01%以下の原子濃度の13C原子、0.1ppmを超える原子濃度の窒素原子、及び、1ppm未満の原子濃度のボロン原子、を含む単結晶ダイヤモンドを用意するステップと、0.7MeV以上10MeV以下のエネルギー、及び、1Gy以上1GGy以下の照射量で、前記単結晶ダイヤモンドに電子線照射を行うステップと、3時間以上4時間以下の時間内において摂氏600度以上摂氏1400度以下の範囲の温度で、前記電子線照射を行った後の単結晶ダイヤモンドを加熱するステップと、を備える、ことを特徴とする。 A method of manufacturing a magnetic sensor element according to one aspect of the present invention is a method of manufacturing a magnetic sensor element included in any one of the above-described magnetic measurement apparatuses, and includes 13 C atoms having an atomic concentration of 0.01% or less, 0 A step of preparing a single crystal diamond containing a nitrogen atom having an atomic concentration of more than 1 ppm and a boron atom having an atomic concentration of less than 1 ppm, an energy of 0.7 MeV to 10 MeV, and an irradiation dose of 1 Gy to 1 GGy The step of irradiating the single crystal diamond with an electron beam and the single crystal after the electron beam irradiation at a temperature in the range of 600 degrees Celsius to 1400 degrees Celsius within a period of 3 hours to 4 hours Heating the diamond.
この磁気センサ素子の製造方法によれば、13C原子の原子濃度が0.01%以下なので、磁気センサ素子に生じる電気的および光学的な発熱は、十分に低減される。 According to this method for manufacturing a magnetic sensor element, since the atomic concentration of 13 C atoms is 0.01% or less, the electrical and optical heat generated in the magnetic sensor element is sufficiently reduced.
この磁気センサ素子の製造方法によれば、ボロン原子の原子濃度が極めて低いので、磁気センサ素子は十分な絶縁性を有する。よって、金属配線によるコイル形成などを、磁気センサ素子に直接行うことが可能となる。 According to this method for manufacturing a magnetic sensor element, since the atomic concentration of boron atoms is extremely low, the magnetic sensor element has sufficient insulation. Therefore, it is possible to directly form a coil with metal wiring on the magnetic sensor element.
この磁気センサ素子の製造方法によれば、0.7MeV以上10MeV以下のエネルギー、及び、1Gy以上1GGy以下の照射量で、単結晶ダイヤモンドに電子線照射を行い、この後、3時間以上4時間以下の時間内において摂氏600度以上摂氏1400度以下の範囲の温度で、電子線照射を行った後の単結晶ダイヤモンドを加熱する。このような電子線照射及び加熱が行われることによって、単結晶ダイヤモンドの窒素原子の原子濃度が100ppm以下であって、空格子点に隣接する窒素原子が、単結晶ダイヤモンドに含まれる窒素原子の5%以上となる。従って、ESRを抑制する微小な磁場の発生が低減されるとともに、十分な磁気検出感度が得られる。また、0.1ppm以上の原子濃度の窒素原子を含む単結晶ダイヤモンドを用いたので、イオン注入を用いた場合に比較して、低コストで磁気センサ素子の製造が可能となる。すなわち、イオン注入において結晶の厚みの深さ方向にまでイオンを均一に注入するためには、加速電圧を変化させながら複数回注入しなくてはならず、コストが高くなるが、0.1ppm以上の原子濃度の窒素原子を含む単結晶ダイヤモンドを用いて電子線照射を行えば、より低コストで磁気センサ素子の製造が可能となる。 According to this method of manufacturing a magnetic sensor element, single crystal diamond is irradiated with an electron beam at an energy of 0.7 MeV to 10 MeV and an irradiation dose of 1 Gy to 1 GGy, and thereafter, 3 hours to 4 hours. The single crystal diamond after the electron beam irradiation is heated at a temperature in the range of 600 degrees Celsius or more and 1400 degrees Celsius or less within the period of time. By performing such electron beam irradiation and heating, the atomic concentration of nitrogen atoms in the single crystal diamond is 100 ppm or less, and the nitrogen atoms adjacent to the vacancy are 5 nitrogen atoms contained in the single crystal diamond. % Or more. Therefore, generation of a minute magnetic field for suppressing ESR is reduced, and sufficient magnetic detection sensitivity can be obtained. In addition, since single crystal diamond containing nitrogen atoms having an atomic concentration of 0.1 ppm or more is used, a magnetic sensor element can be manufactured at a lower cost than when ion implantation is used. That is, in order to uniformly implant ions in the depth direction of the crystal thickness in ion implantation, it is necessary to implant a plurality of times while changing the acceleration voltage. If the electron beam irradiation is performed using single crystal diamond containing nitrogen atoms having an atomic concentration of 1, a magnetic sensor element can be manufactured at a lower cost.
本発明によれば、磁気の計測対象から十分な強度の磁気を計測できる磁気計測装置と磁気センサ素子の製造方法とが提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the magnetic measuring device which can measure the magnetism of sufficient intensity | strength from the measurement object of a magnetism, and the manufacturing method of a magnetic sensor element can be provided.
以下、図面を参照して、本発明に係る好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明において、可能な場合には、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。図1に示すように、磁気計測装置100は、検出器1、光送受信ユニット3、制御装置5、及び、ベース部7、を備える。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the description of the drawings, if possible, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. As shown in FIG. 1, the
検出器1は、電子スピン共鳴(ESR:Electron Spin Resonance)を用いて磁気を検出する。検出器1は、円柱状の外形の筐体を有する。検出器1の筐体の端面は、例えば、一辺が5mmの正方形内に収容できる大きさを有し、検出器1の筐体の長手方向の長さは、2cm以上4cm以下である。検出器1は、磁気センサ素子1aを有する。磁気センサ素子1aは、検出器1の先端部1bに設けられている。磁気センサ素子1aは、ESR信号を出力するダイヤモンドからなる。電子スピン共鳴信号は、磁気センサ素子1aが、緑色の光(波長532nm)に応じて生じる電子スピン共鳴によって発せられる赤色の蛍光(波長637nm)である。磁気センサ素子1aのダイヤモンドの結晶のタイプは、IIaタイプ〜Ibタイプの間(窒素濃度としてIIaタイプでは0.1ppm以下、Ibタイプでは100ppmn以上200ppmn以下であり、IIaタイプ〜Ibタイプの間の領域では窒素濃度0.1ppm以上100ppm以下)に相当する。
The
ESRは、材料からの磁気を計測するために広く用いられている。ダイヤモンド中の窒素と空格子点とが結合した欠陥(N−Vセンターと称される)のスピンは、ゼロ磁場分裂を生じるので、磁気計測に適していることが実証されている。ダイヤモンド中では、窒素や磁性イオンのスピン等も存在するが、N−Vセンターは光を供給することによってESR信号を強調することができることなどから、窒素や磁性イオンのスピン等とは厳密に区別することができる。N−Vセンターは、緑色の光を吸収して赤色の光を蛍光するが、ESRが生じた場合には、赤色の光の強度は、減少する。磁気計測装置100は、検出器1からの受信光(赤色の光)の強度の変化を計測することによって、磁気を計測する。なお、ESRは、材料中の磁気も外部の磁場によって影響を受けるので、磁気の計測を高精度で行うためには、外部の磁場を十分に低減することが必要となる。
ESR is widely used to measure magnetism from materials. The spin of a defect (referred to as an NV center) in which nitrogen and vacancies in diamond are combined has been proved to be suitable for magnetic measurement because it causes zero-field splitting. In diamond, there are also spins of nitrogen and magnetic ions, but the NV center can emphasize the ESR signal by supplying light, so it is strictly distinguished from the spins of nitrogen and magnetic ions. can do. The NV center absorbs green light and fluoresces red light, but when ESR occurs, the intensity of red light decreases. The
磁気センサ素子1aのダイヤモンドは、0.01%以下の原子濃度の13C原子を含む。13C原子の原子濃度が0.01%以下なので、磁気センサ素子1aに生じる電気的および光学的な発熱は、十分に低減される。このように13C原子の原子濃度が比較的に低いので、N−Vセンターを構成していない窒素原子の原子濃度も低い。よって、スピン緩和時間が比較的に長くなり、生体磁気信号の計測が可能となる。すなわち、13Cの原子濃度が0.01%以下なので、nT(nano Tesla)のオーダー以下(aT以上nT以下の範囲)の磁気が、ダイヤモンドの光照射ESR測定(ODMR)において計測できる。スピン緩和時間が長くなるほど、ESRの微細構造がシャープになるためである。13C濃度の原子濃度を0.01%以下にすることによって、スピン緩和時間は20ms程度となる。なお、例えば、13C原子の原子濃度が1.1%の場合のスピン緩和時間は、100μs程度である。窒素原子の全体の量(数)は、ESRとSIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry:2次イオン質量分析)とによって測定される。NVセンターに隣接する窒素原子の量(数)については、測定される原子濃度から見積もることができる。
The diamond of the
磁気センサ素子1aのダイヤモンドは、100ppm以下の原子濃度の窒素原子を含む。磁気センサ素子1aのダイヤモンドに含まれる窒素原子の原子濃度は、100ppm以下なので、ESRを抑制する微小な磁場の発生が低減される。
The diamond of the
磁気センサ素子1aのダイヤモンドは、例えば、1ppb以上100ppm以下の原子濃度の窒素原子を含むことができる。磁気センサ素子1aのダイヤモンドに含まれており磁気センサ素子1aのダイヤモンド内の空格子点に隣接する窒素原子の数は、磁気センサ素子1aのダイヤモンドに含まれている窒素原子の数の5%以上である。空格子点と隣接していない窒素原子が磁気検出感度を抑制するが、磁気センサ素子1aの場合、磁気センサ素子1aのダイヤモンドに含まれている窒素原子のうち、このダイヤモンドに含まれている窒素原子の総数の5%以上の数の窒素原子が空格子点に隣接しているので、十分な磁気検出感度が得られる。磁気検出感度とは、検出可能な最小の磁場によって表される。磁気検出感度の測定は、ODMRを用いて行われる。このODMRを用いた測定方法は、磁場の強度によってNV−センターの磁気共鳴周波数がずれるために、NV−センターの蛍光強度が変化することを利用した測定方法である。
The diamond of the
磁気センサ素子1aのダイヤモンドは、ボロン原子を含むことができる。磁気センサ素子1aのダイヤモンドに含まれるボロン原子の原子濃度は、1ppm未満である。ボロン原子の原子濃度が極めて低いので、磁気センサ素子1aは十分な絶縁性を有する。よって、金属配線によるコイル形成などを磁気センサ素子1aに直接行うことが可能となる。
The diamond of the
光送受信ユニット3は、制御装置5に接続されている。光送受信ユニット3は、図2に示すように、発振装置3a、光送信装置3b、及び、光受信装置3cを有する。また、複数の光送受信ユニット3は、図3に示すように、光送受信ユニット群31に含まれる。光送受信ユニット群31の筐体の内部には、磁気計測装置100が備える複数の光送受信ユニット3の全てが格納されている。
The optical transmission /
発振装置3aは、電気ケーブルK1を介して検出器1に接続されている。発振装置3aは、電気ケーブルK1を介して検出器1に電気信号を出力する。発振装置3aが検出器1に出力する電気信号は、磁気センサ素子1aに出力する高周波信号と、検出器1が有する後述のコイル1d(図7を参照)に出力する電気信号と、検出器1が有する後述のコイル1g(図7を参照)に出力する電気信号とである。光送信装置3bは、光ファイバK2を介して検出器1に接続されている。光送信装置3bは、光ファイバK2を介して検出器1に光を送信する。光送信装置3bが検出器1に送信する光は、波長532nmの緑色光である。光受信装置3cは、光ファイバK2を介して検出器1に接続されている。光受信装置3cは、光ファイバK2を介して検出器1からの光を受信する。光受信装置3cが検出器1から受信する光は、波長637nmの赤色光(電子スピン共鳴信号)である。電気ケーブルK1及び光ファイバK2は、纏まっており、一のケーブルKを構成する。
The
一台の検出器1は一台の光送受信ユニット3に接続されている。一台の検出器1と一台の光送受信ユニット3とを1セットとすると、磁気計測装置100は、複数のセット(例えば、20セット以上100セット以下)を備える。図1等には、説明簡略化のために、検出器1及び光送受信ユニット3の2セットのみが記載されている。
One
制御装置5は、光送受信ユニット3の動作を制御する装置である。制御装置5は、CPU及びメモリ(ROM及びRAMなど)を有する。制御装置5は、ディスプレイを更に有することができる。制御装置5のCPUは、制御装置5のメモリに格納されているコンピュータプログラムを実行することによって、制御装置5の動作を統括的に制御する。制御装置5は、光送受信ユニット3によって取得される検出器1からの電子スピン共鳴信号を解析する。制御装置5は、制御装置5のディスプレイに、電子スピン共鳴信号の解析結果を表示できる。制御装置5は、電子スピン共鳴信号の解析結果を、制御装置5のメモリに格納できる。
The
ベース部7は、一又は複数の検出器1を搭載する。ベース部7は、一例として、ヘルメットの形状を有している。ベース部7は、一例として、支持器具9のような椅子の背もたれにアーム11を介して接続されている。また、支持器具9の椅子の背もたれには、複数のケーブルKを通す孔部9aが設けられている。ケーブルKの一端は、ベース部7に搭載されている一の検出器1に接続され、他端は、光送受信ユニット群31に格納されている一の光送受信ユニット3に接続されている。
The
ベース部7は、主面F1を有している。ベース部7は、複数の位置調整部を有する。ベース部7の位置調整部のそれぞれは、検出器1の先端部1bの位置を先端部1bと交差する方向(主面F1の法線方向)で調整する。ベース部7の位置調整部のそれぞれは、一又は複数のOリングを有する。ベース部7の位置調整部は、検出器1ごとに設けられている。一の位置調整部は、一の検出器1の位置を調整する。ベース部7の主面F1及び裏面F2のそれぞれの全面には、何れも、磁気遮蔽シート、例えば、パーマロイ(Permalloy)が前面に設けられている。ベース部7の材料は、例えば、アルミニウム合金等であることができる。この場合、アルミニウム合金の表面にパーマロイのコーティングが施されることができる。ベース部7の材料は、例えば、プラスチック等であることができる。この場合、プラスチック等の表面にアルミニウムおよびパーマロイのコーティングが施されることができる。なお、ベース部7の材料(コーティングの材料を含む)としては、銀、銅、金、真鍮、ニッケルなど、磁気シールド効果のあるものであればよい。
The
図1に示すように、実施形態に係る磁気計測装置100は、一例として、人の頭部の磁気を計測する構成を有する。ベース部7は、頭部を覆うヘルメットの形状を有する。なお、ベース部7の形状は、ヘルメットの形状に限らない。例えば、背中、胸、又は、腰等を覆うことが可能なシート状のベース部7であってもよい。また、ベース部7は、硬質で変形し難くてもよいが、可撓性を有し変形が比較的に容易であってもよい。
As shown in FIG. 1, the
図4を参照して、ベース部7が検出器1を保持する構成を具体的に説明する。図4(a)に示すベース部7の位置調整部は一対のOリング(すなわち、Oリング11a及びOリング11b)を有する。ベース部7は、主面F1からベース部7の裏面F2に貫通する孔部7aが設けられている。一の孔部7aには、一の検出器1が挿入されている。検出器1の先端部1bは、ベース部7の裏面F2の上にあり、検出器1の他端は、ベース部7の主面F1の上にある。位置調整部のOリング11aの孔部11a1、位置調整部のOリング11bの孔部11b1、及び、ベース部7の孔部7aは、連通している。
With reference to FIG. 4, the structure in which the
ベース部7は、ベース部7の孔部7aの開口7a1、開口7a3のそれぞれの縁部7a2、縁部7a4に設けられた溝部7b1、溝部7b2を有している。溝部7b1は、縁部7a2に設けられ、縁部7a2は、開口7a1の縁部である。溝部7b1は、ベース部7の主面F1の側に設けられている。溝部7b2は、縁部7a4に設けられ、縁部7a4は、開口7a3の縁部である。溝部7b2は、ベース部7の裏面F2の側に設けられている。Oリング11aは、溝部7b1に配置され、Oリング11bは、溝部7b2に配置されている。検出器1は、Oリング11a及びOリング11bのそれぞれに接してOリング11aの孔部11a1及びOリング11bの孔部11b1、並びに、ベース部7の孔部7aに挿入される。
The
磁気の計測対象の表面に沿ってヘルメットの形状のベース部7の主面F1及び裏面F2を配置し、ベース部7に搭載された検出器1の先端部1bの磁気センサ素子1aを計測対象の表面に十分に近づけることが可能となるので、比較的強い強度の磁気が計測対象から計測できる。
The main surface F1 and the back surface F2 of the helmet-shaped
検出器1は、ベース部7の位置調整部が有するOリング11a及びOリング11bに接して、Oリング11aの孔部11a1及びOリング11bの孔部11b1とベース部7の孔部7aとに挿入されるので、検出器1とOリング11a及びOリング11bとの摩擦によって、検出器1がベース部7に安定して保持されるとともに、ベース部7の主面F1に交差する方向(検出器1が挿入されるベース部7の孔部7aの延びている方向)において、検出器1の先端部1b、すなわち磁気センサ素子1aの位置が十分な精度(例えば、1mmの長さを単位として)で調整可能となる。
The
Oリング11aは、ベース部7の孔部7aの一の開口7a1の縁部7a2に設けられた溝部7b1に配置され、Oリング11bは、ベース部7の孔部7aの他の開口7a3の縁部7a4に設けられた溝部7b2に配置されるので、Oリング11aがベース部7の主面F1の側に配置され、Oリング11bがベース部7の裏面F2の側に配置される。そして、検出器1は、Oリング11aの孔部11a1、Oリング11bの孔部11b1、及び、ベース部7の孔部7aに挿入される。従って、検出器1の外面と、Oリング11a及びOリング11bとの摩擦によって、検出器1がベース部7に十分に安定に保持されるとともに、ベース部7の主面F1に交差する方向(検出器1が挿入されるベース部7の孔部7aの延びている方向)において、検出器1の先端部1b、すなわち磁気センサ素子1aの位置が比較的高い精度で調整可能となる。
The O-
なお、磁気計測装置100は、図4(a)に示すベース部7に替えて、図4(b)に示すベース部71を備えてもよい。ベース部71は、位置調整部の構成(Oリング及び孔部)がベース部7と異なっているが、ベース部71のその他の構成は、ベース部7と同一である。ベース部71の材料(コーティングの材料を含む)もベース部7と同一である。図4(b)に示すベース部71の位置調整部は一のOリング、すなわち、Oリング11c、を有する。ベース部71は、主面F3からベース部71の裏面F4に貫通する孔部71aが設けられている。一の孔部71aには、一の検出器1が挿入されている。検出器1の先端部1bは、ベース部71の裏面F4の上にあり、検出器1の他端は、ベース部71の主面F3の上にある。位置調整部のOリング11cの孔部11c1、及び、ベース部71の孔部71aは、連通している。検出器1は、Oリング11cに接して、Oリング11cの孔部11c1、及び、ベース部71の孔部71a、に挿入される。ベース部71の孔部71aの側面71bの形状は、Oリング11cの形状に合わせてあり、孔部71a内にOリング11cを安定して収容できるようになっている。側面71bのこのような形状により、孔部11c1に挿入されている検出器1を移動させても、検出器1の移動に応じてOリング11cが孔部71aから抜け出る(はずれる)、という事態が生じる可能性は比較的低い。
Note that the
磁気の計測対象の表面に沿ってヘルメットの形状のベース部71の主面F3及び裏面F4を配置し、ベース部71に搭載された検出器1の先端部1bの磁気センサ素子1aを計測対象の表面に十分に近づけることが可能となるので、比較的強い強度の磁気が計測対象から計測できる。
The main surface F3 and the back surface F4 of the helmet-shaped
検出器1は、ベース部71の位置調整部が有するOリング11cに接して、Oリング11cの孔部11c1とベース部71の孔部71aとに挿入されるので、検出器1とOリング11cとの摩擦によって、検出器1がベース部71に安定して保持されるとともに、ベース部71の主面F3に交差する方向(検出器1が挿入されるベース部71の孔部71aの延びている方向)において、検出器1の先端部1b、すなわち磁気センサ素子1aの位置が十分な精度(例えば、1mmの長さを単位として)で調整可能となる。
Since the
磁気計測装置100は、図4(a)に示すベース部7に替えて、図5及び図6に示すベース部72を備えてもよい。なお、ベース部72は、位置調整部の構成(Oリング及び孔部)がベース部7と異なっているが、ベース部72のその他の構成は、ベース部7と同一である。ベース部72の材料(コーティングの材料を含む)もベース部7と同一である。ベース部72の前記位置調整部は、突出部13、キャップ部15、及び、Oリング11dを有する。突出部13は、ベース部72の主面F5に設けられており主面F5の上に延びる筒状の形状を有する。キャップ部15は、突出部13に螺合する。Oリング11dは、突出部13の端面13cとキャップ部15との間に設けられる。突出部13とキャップ部15とはOリング11dを挟んだ状態で螺合する。ベース部72は、主面F5からベース部72の裏面F6に貫通する孔部72aが設けられている。突出部13は、主面F5の上に延びる側壁13bを有する。突出部13の側壁13bの外面には、ねじ溝が形成されている。キャップ部15は、側壁15aと、この側壁15aに交差する方向に延びる底壁15bとを有する。キャップ部15の側壁15aの内面には、突出部13との螺合が可能なねじ溝が形成されている。突出部13の底壁15bには、底壁15bを貫通する孔部15cが設けられている。キャップ部15の底壁15bの孔部15c、Oリング11dの孔部11d1、突出部13の筒孔13a、及び、ベース部72の孔部72aは連通している。検出器1は、Oリング11dに接して、キャップ部15の底壁15bの孔部15c、Oリング11dの孔部11d1、突出部13の筒孔13a、及び、ベース部72の孔部72a、に挿入される。Oリング11dは、突出部13の端面13cとキャップ部15の底壁15bとによって挟まれている。突出部13の材料は、ベース部72と同じ材料であることができるが、ベース部72が純アルミニウムである場合には、真鍮などの、硬い素材を用いた突出部とすることで、耐久性を持たせることができる。キャップ部15の材料は、磁気シールド効果のある材料だけでなく、樹脂なども利用することができるが、本実施形態においては、突出部13の材料と同じである。
The
ベース部72の位置調整部の構成によれば、ベース部72の孔部72a、突出部13の筒孔13a、Oリング11dの孔部11d1、及び、キャップ部15の底壁15bの孔部15c、に検出器1が挿入されるので、検出器1がベース部72に安定して保持される。また、Oリング11dがキャップ部15の底壁15bと突出部13の端面13cとの間に挟まれた状態で、キャップ部15が突出部13に螺合するので、Oリング11dは、キャップ部15の底壁15bと突出部13の端面13cとによって押し潰されて変形し、Oリング11dの孔部11d1の直径が比較的小さくなる。このため、この変形したOリング11dの孔部11d1に挿入される検出器1とこのOリング11dとの摩擦は比較的大きくなり、よって、検出器1は、より安定した状態でベース部72に保持される。ベース部72の主面F5に交差する方向(検出器1が挿入されるベース部72の孔部72aの延びている方向)において、検出器1の先端部1b、すなわち磁気センサ素子1aの位置が十分な精度(例えば、1mmの長さを単位として)で調整可能となる。
According to the configuration of the position adjustment portion of the
図7を参照して、検出器1の先端部の構成について説明する。磁気センサ素子1aは、固定具1c、コイル1d、被覆部1e、導体部1f、コイル1g、導体部1h、導波部1i、絶縁部1j、絶縁部1k、外皮部1m、磁気遮蔽部1n、Oリング1p、及び、スペーサ部1qを有する。導体部1f、導体部1h、導波部1i、絶縁部1j、絶縁部1k、外皮部1m、スペーサ部1qは、磁気センサ素子1aの先端部1bから磁気センサ素子1aの他端に延びる。スペーサ部1qは導波部1iの上に設けられ、絶縁部1jはスペーサ部1qの上に設けられ、導体部1hは絶縁部1jの上に設けられ、絶縁部1kは導体部1hの上に設けられ、導体部1fは絶縁部1kの上に設けられ、外皮部1mは導体部1fの上に設けられている。外皮部1mは、絶縁部1j及び絶縁部1kと同様に、高い絶縁性を有する。被覆部1eは、先端部1bの端面を被覆する。
With reference to FIG. 7, the structure of the front-end | tip part of the
磁気センサ素子1aは、検出器1の先端部1bに設けられている。固定具1cは、磁気センサ素子1aを先端部1bに安定に固定する。導波部1iの端面は、Oリング1pによって安定して磁気センサ素子1aに接している。導波部1iは、光ファイバK2から導かれた緑色光(波長532nm)を磁気センサ素子1aまで導波し、更に、磁気センサ素子1aから発せられた赤色光(波長637nm)を光ファイバK2まで導波する。コイル1gはヘルムホルツコイルであり、磁気センサ素子1aの一方の表面(導波部1iに接している面)の上に(換言すれば、導波部1iの端部を巻くように)設けられている。コイル1gは、導体部1hに含まれる導体(導線)に接続されており、この導体は、電気ケーブルK1に接続されている。導体部1hは、コイル1gに接続されている導体と異なる他の導体(導線)を含む。他の導体は磁気センサ素子1aに接続されている。磁気センサ素子1aの表面には金属配線パターンが直接設けられており、他の導体は、この金属配線パターンに接続されている。コイル1gに接続されている導体と、磁気センサ素子1aに接続されている導体とは、何れも、導体部1hに含まれているが、互いに絶縁されている。電気ケーブルK1は、互いに絶縁されている三つの導線から成り、そのうちの二つの導線のそれぞれが、コイル1gに接続されている導体部1hの導体と、磁気センサ素子1aに接続されている導体部1hの導体とに接続されている。すなわち、電気ケーブルK1の一の導線は、コイル1gに接続されている導体部1hの導体に接続され、電気ケーブルK1の他の導線は、磁気センサ素子1aに接続されている導体部1hの導体に接続されている。
The
コイル1dはヘルムホルツコイルであり、磁気センサ素子1aの他方の表面(導波部1iに接している面の反対側の面)の上に設けられている。コイル1dは、導体部1fに含まれている導体(導線)に接続されており、この導体は、電気ケーブルK1に含まれている三つの導線のうちの一の導線に接続されている。導体部1fに含まれている導体に接続されている電気ケーブルK1の導線は、電気ケーブルK1の他の二つの導線と絶縁されている。電気ケーブルK1の他の二つの導線のうち、一方の導線はコイル1gに接続され、もう一方の導線は磁気センサ素子1aに接続されている。
The
磁気遮蔽部1nは、磁気センサ素子1aを含む先端部1bを覆う。磁気遮蔽部1nは、例えば、パーマロイ等である。
The
固定具1cの材料は、例えば、アルミニウム合金等であることができる。この場合、アルミニウム合金の表面にパーマロイのコーティングが施されることができる。固定具1cの材料は、例えば、プラスチック等であることができる。この場合、プラスチック等の表面にアルミニウムやパーマロイのコーティングが施されることができる。なお、固定具1cの材料(コーティングの材料を含む)としては、銀、銅、金、真鍮、ニッケルなど、磁気シールド効果のあるものであることができる。コイル1dの材料は、銅及びニッケルなどの金属、又は、テフロン(登録商標)及びゴムなど、が利用できる。本実施形態においては、コイル1dにゴムリングが用いられている。
The material of the
被覆部1eの材料は、被覆部1eの中心部分が塞がれている場合には、アクリルのような樹脂、サファイヤのような非磁性結晶、等が利用できる。また、被覆部1eの中心部分に磁気センサ素子1aを露出するための穴が設けられている場合には、例えば、被覆部1eの材料にアルミニウム合金等を用いることができる。このようにアルミニウム合金が材料に用いられている場合、アルミニウム合金の表面にパーマロイのコーティングが施されることができる。被覆部1eの中心部分に磁気センサ素子1aを露出するための穴が設けられている場合には、被覆部1eの材料に、例えば、プラスチック等を用いることができる。このようにプラスチックが材料に用いられている場合、プラスチックの表面にアルミニウムやパーマロイのコーティングが施されることができる。なお、被覆部1eの中心部分に磁気センサ素子1aを露出するための穴が設けられている場合には、被覆部1eの材料(コーティングの材料を含む)に、銀、銅、金、真鍮、ニッケルなど、磁気シールド効果のある材料を用いることができる。
As the material of the covering
導体部1fの材料は、例えば、アルミニウム合金等であることができる。この場合、アルミニウム合金の表面にパーマロイのコーティングが施されることができる。導体部1fの材料は、例えば、プラスチック等であることができる。この場合、プラスチック等の表面にアルミニウムやパーマロイのコーティングが施されることができる。なお、導体部1fの材料(コーティングの材料を含む)としては、銀、銅、金、真鍮、ニッケルなど、磁気シールド効果のあるものであることができる。コイル1gの材料は、銅など、電気抵抗の低い導電体が利用できる。導体部1hの材料は、銅など、電気抵抗の低い導電体が利用できる。導波部1iの材料は、石英や、光ファイバに用いる高分子素材が利用できる。絶縁部1jの材料は、絶縁材料、例えば、テフロン樹脂(テフロン:登録商標)のようなフッ素系樹脂やアクリルのような樹脂が利用できる。絶縁部1kの材料は、絶縁材料、例えば、テフロン樹脂(テフロン:登録商標)のようなフッ素系樹脂やアクリルのような樹脂が利用できる。
The material of the
外皮部1mの材料は、例えば、アルミニウム合金等であることができる。この場合、アルミニウム合金の表面にパーマロイのコーティングが施されることができる。外皮部1mの材料は、例えば、プラスチック等であることができる。この場合、プラスチック等の表面にアルミニウムやパーマロイのコーティングが施されることができる。なお、外皮部1mの材料(コーティングの材料を含む)としては、銀、銅、金、真鍮、ニッケルなど、磁気シールド効果のあるものであることができる。磁気遮蔽部1nの材料は、例えば、アルミニウム合金等であることができる。この場合、アルミニウム合金の表面にパーマロイのコーティングが施されることができる。磁気遮蔽部1nの材料は、例えば、プラスチック等であることができる。この場合、プラスチック等の表面にアルミニウムやパーマロイのコーティングが施されることができる。なお、磁気遮蔽部1nの材料(コーティングの材料を含む)としては、銀、銅、金、真鍮、ニッケルなど、磁気シールド効果のあるものであることができる。スペーサ部1qの材料は、絶縁体が用いられる。
The material of the
制御装置5は、コイル1d及びコイル1gのそれぞれに電流を供給し、静磁場を生じさせる、マイクロ波を生じさせる、又は、μ波を生じさせる。制御装置5は、例えば、コイル1gに静磁場を生じさせ、且つ、コイル1dにマイクロ波を生じさせることによって、磁気センサ素子1aの周辺の磁場を校正する。制御装置5は、例えば、コイル1gにμ波を生じさせ、且つ、コイル1dに静磁場を生じさせることによって、磁気センサ素子1aの周辺の磁場を校正する。制御装置5は、例えば、コイル1gに静磁場を生じさせ、且つ、コイル1dに静磁場を生じさせることによって、磁気センサ素子1aの周辺の磁場を校正する。制御装置5は、例えば、コイル1gにマイクロ波を生じさせ、且つ、コイル1dには電流の供給を行わないことによって、磁場の測定を行う。制御装置5は、例えば、コイル1gには電流の供給を行わず、且つ、コイル1dにマイクロ波を生じさせることによって、磁場の測定を行う。制御装置5は、例えば、コイル1gにマイクロ波を生じさせ、且つ、コイル1dにマイクロ波を生じさせることによって、二波長同時測定を行う(S=0とS=±1(“S”はスピン角運動量)との間の共鳴周波数、及び、S=+1とS=−1(“S”はスピン角運動量)との間の共鳴周波数のそれぞれに相当する二種類のマイクロ波を交互または同時に磁気センサ素子1aにあてることを意味する。特に、この二つの共鳴周波数のそれぞれに相当する二種類のマイクロ波を同時に磁気センサ素子1aにあてた場合には、信号の変化が強調され、この信号の変化は、実験的に微分値で二倍程度に強調され、S/N比が若干高くなる場合がある。)。
The
次に、図8(a)を参照して、実施形態に係る磁気センサ素子1aの製造方法を説明する。まず、0.01%以下の原子濃度の13C原子、0.1ppm以下の原子濃度の窒素原子、及び、1ppm未満の原子濃度のボロン原子、を含む単結晶ダイヤモンドを用意する(ステップS1)。次に、10keV以上3MeV以下のエネルギー、及び、1×1013/cm−2以上1×1020/cm−2以下の原子濃度で、前記単結晶ダイヤモンドに窒素原子のイオンを注入する(ステップS2)。次に、1時間以上3時間以下の時間内において摂氏600度以上摂氏1400度以下の範囲の温度で、前記イオンの注入を行った後の単結晶ダイヤモンドを加熱する(ステップS3)。以上のステップS1〜ステップS3の工程の後に単結晶ダイヤモンドの外形を整えて、磁気センサ素子1aが製造される。
Next, with reference to Fig.8 (a), the manufacturing method of the
図8(a)に示す磁気センサ素子の製造方法によれば、13C原子の原子濃度が0.01%以下なので、磁気センサ素子1aに生じる電気的および光学的な発熱は、十分に低減される。図8(a)に示す磁気センサ素子の製造方法によれば、ボロン原子の原子濃度が極めて低いので、磁気センサ素子1aは十分な絶縁性を有する。よって、金属配線によるコイル形成などを、磁気センサ素子1aに直接行うことが可能となる。
According to the method for manufacturing the magnetic sensor element shown in FIG. 8A, since the atomic concentration of 13 C atoms is 0.01% or less, the electrical and optical heat generation generated in the
図8(a)に示す磁気センサ素子の製造方法によれば、10keV以上3MeV以下のエネルギー、及び、1×1013/cm−2以上1×1020/cm−2以下の原子濃度で、単結晶ダイヤモンドに窒素原子のイオンを注入し、この後、1時間以上3時間以下の時間内において摂氏600度以上摂氏1400度以下の範囲の温度で、イオン注入を行った後の単結晶ダイヤモンドを加熱する。このようなイオン注入及び加熱が行われることによって、単結晶ダイヤモンドの窒素原子の原子濃度が100ppm以下であって、空格子点に隣接する窒素原子が単結晶ダイヤモンドに含まれる窒素原子の5%以上となる。従って、ESR検出によるスピン-スピン緩和時間を抑制する微小な磁場の発生が低減されるので、十分な磁気検出感度が得られる。
According to the manufacturing method of the magnetic sensor element shown in FIG. 8A, an energy of 10 keV to 3 MeV and an atomic concentration of 1 × 10 13 /
なお、磁気センサ素子1aは、図8(b)に示す工程に従って製造されることもできる。図8(b)を参照して、実施形態に係る磁気センサ素子1aの他の製造方法を説明する。まず、0.01%以下の原子濃度の13C原子、0.1ppmを超える原子濃度の窒素原子、及び、1ppm未満の原子濃度のボロン原子、を含む単結晶ダイヤモンドを用意する(ステップS4)。次に、0.7MeV以上10MeV以下のエネルギー、及び、1Gy以上1GGy以下の照射量で、前記単結晶ダイヤモンドに電子線照射を行う(ステップS5)。次に、3時間以上4時間以下の時間内において摂氏600度以上摂氏1400度以下の範囲の温度で、前記電子線照射を行った後の単結晶ダイヤモンドを加熱する(ステップS6)。以上のステップS4〜ステップS6の工程の後に単結晶ダイヤモンドの外形を整えて、磁気センサ素子1aが製造される。
In addition, the
図8(b)に示す磁気センサ素子の製造方法によれば、13C原子の原子濃度が0.01%以下なので、磁気センサ素子1aに生じる電気的および光学的な発熱は、十分に低減される。
According to the method for manufacturing the magnetic sensor element shown in FIG. 8B, since the atomic concentration of 13 C atoms is 0.01% or less, the electrical and optical heat generated in the
8(b)に示す磁気センサ素子の製造方法によれば、ボロン原子の原子濃度が極めて低いので、磁気センサ素子1aは十分な絶縁性を有する。よって、金属配線によるコイル形成などを、磁気センサ素子1aに直接行うことが可能となる。
According to the method for manufacturing a magnetic sensor element shown in FIG. 8B, the atomic concentration of boron atoms is extremely low, so that the
8(b)に示す磁気センサ素子の製造方法によれば、0.7MeV以上10MeV以下のエネルギー、及び、1Gy以上1GGy以下の照射量で、単結晶ダイヤモンドに電子線照射を行い、この後、3時間以上4時間以下の時間内において摂氏600度以上摂氏1400度以下の範囲の温度で、電子線照射を行った後の単結晶ダイヤモンドを加熱する。このような電子線照射及び加熱が行われることによって、単結晶ダイヤモンドの窒素原子の原子濃度が100ppm以下であって、空格子点に隣接する窒素原子が、単結晶ダイヤモンドに含まれる窒素原子の5%以上となる。従って、ESRを抑制する微小な磁場の発生が低減されるとともに、十分な磁気検出感度が得られる。また、0.1ppm以上の原子濃度の窒素原子を含む単結晶ダイヤモンドを用いたので、イオン注入を用いた場合に比較して、低コストで磁気センサ素子1aの製造が可能となる。すなわち、イオン注入において結晶の厚みの深さ方向にまでイオンを均一に注入するためには、加速電圧を変化させながら複数回注入しなくてはならず、コストが高くなるが、0.1ppm以上の原子濃度の窒素原子を含む単結晶ダイヤモンドを用いて電子線照射を行えば、より低コストで磁気センサ素子1aの製造が可能となる。
According to the method for manufacturing a magnetic sensor element shown in FIG. 8 (b), single crystal diamond is irradiated with an electron beam at an energy of 0.7 MeV to 10 MeV and an irradiation dose of 1 Gy to 1 GGy. The single crystal diamond after the electron beam irradiation is heated at a temperature in the range of 600 degrees Celsius or more and 1400 degrees Celsius or less within a time period of 4 hours or more. By performing such electron beam irradiation and heating, the atomic concentration of nitrogen atoms in the single crystal diamond is 100 ppm or less, and the nitrogen atoms adjacent to the vacancy are 5 nitrogen atoms contained in the single crystal diamond. % Or more. Therefore, generation of a minute magnetic field for suppressing ESR is reduced, and sufficient magnetic detection sensitivity can be obtained. In addition, since single crystal diamond containing nitrogen atoms having an atomic concentration of 0.1 ppm or more is used, the
(実施例1)ダイヤモンド単結晶の合成には、まず、炭素供給源としてシリコン基板上に気相合成で作成した多結晶ダイヤモンドを利用した。気相合成には、構成炭素中の13C存在率が0.01%のメタンガスを用いた。シリコン基板上に合成した多結晶ダイヤモンドは、ふっ酸によってシリコン基板を除去することで得られ、重量は2カラットであった。次に、この炭素源を用いて、高温高圧合成ダイヤモンドを作成した。高温高圧合成では5.5GPa、摂氏1350度の既知のダイヤモンド合成条件を用い、Al系チタンゲッターを混ぜた溶媒を用いた。こうして、合成したダイヤモンドから、3mm×3mm×1mm程度の外形のダイヤモンド片を切り出した。不純物の窒素は0.1ppm以下であった。ボロン濃度は0.0001ppmであった。このダイヤモンド片に対し、2MeV且つ1018cm−2で窒素イオンを照射し、真空中(1×10−2Pa)、摂氏800度でアニール処理したところ、光吸収スペクトルから、N−Vセンターに対応する570nmの吸収及び、638nmのゼロフォノン吸収を観測することができた。このダイヤモンド片からなる磁気センサ素子を用いて検出器を作成し、この検出器を用いてフレクシブルな磁気計測装置を作成した。ベース部をヘルメット状の構造にして、ベース部に20個の検出器を取り付けた。検出器のみを可動にしたところ、検出器の先端部に設けられた磁気センサ素子と、頭部表皮と、の距離を1mm程度にまで近づけることができた。磁気シールドにはパーマロイを用い、NMRパルスによって磁気を測定したところ、10nT以上の磁気が計測できた(磁気検出感度が10nTであった。)。十分なシールドを行うことによって、更に磁気検出感度を高めることができた。更に、ヘルメット状のベース部に替えて、脊椎を取り囲むように首の形の窪みがある形状のベース部を用い、このベース部に20個の検出器を取り付けた。検出器のみを可動にしたところ、首の表皮と、検出器の先端部に設けられた磁気センサ素子との距離を1mm程度にまで近づけることができた。磁気シールドにはパーマロイを用い、ESRパルスによって磁気を計測したところ、10nT以上の磁気が計測できた。十分なシールドを行うことによって、更に磁気検出感度を高めることができた。 (Example 1) In synthesizing a diamond single crystal, first, polycrystalline diamond prepared by vapor phase synthesis on a silicon substrate was used as a carbon supply source. For the gas phase synthesis, methane gas having a 13 C abundance in the constituent carbon of 0.01% was used. The polycrystalline diamond synthesized on the silicon substrate was obtained by removing the silicon substrate with hydrofluoric acid and weighed 2 carats. Next, high-temperature and high-pressure synthetic diamond was prepared using this carbon source. In the high-temperature and high-pressure synthesis, known diamond synthesis conditions of 5.5 GPa and 1350 degrees Celsius were used, and a solvent mixed with an Al-based titanium getter was used. Thus, a diamond piece having an outer shape of about 3 mm × 3 mm × 1 mm was cut out from the synthesized diamond. Impurity nitrogen was 0.1 ppm or less. The boron concentration was 0.0001 ppm. This diamond piece was irradiated with nitrogen ions at 2 MeV and 10 18 cm −2 and annealed in vacuum (1 × 10 −2 Pa) at 800 degrees Celsius. Corresponding absorption at 570 nm and zero phonon absorption at 638 nm could be observed. A detector was made using the magnetic sensor element made of this diamond piece, and a flexible magnetic measuring device was made using this detector. The base part has a helmet-like structure, and 20 detectors are attached to the base part. When only the detector was made movable, the distance between the magnetic sensor element provided at the tip of the detector and the head skin could be reduced to about 1 mm. When permalloy was used for the magnetic shield and magnetism was measured with NMR pulses, magnetism of 10 nT or more could be measured (magnetic detection sensitivity was 10 nT). The magnetic detection sensitivity could be further increased by performing sufficient shielding. Furthermore, instead of the helmet-shaped base portion, a base portion having a neck-shaped depression so as to surround the spine was used, and 20 detectors were attached to this base portion. When only the detector was made movable, the distance between the skin of the neck and the magnetic sensor element provided at the tip of the detector could be reduced to about 1 mm. When permalloy was used for the magnetic shield and magnetism was measured with an ESR pulse, magnetism of 10 nT or more could be measured. The magnetic detection sensitivity could be further increased by performing sufficient shielding.
(実施例2)ダイヤモンド単結晶の合成には、まず、炭素供給源としてシリコン基板上に気相合成で作成した多結晶ダイヤモンドを利用した。気相合成には、構成炭素中の13C存在率が0.01%のメタンガスを用いた。シリコン基板上に合成した多結晶ダイヤモンドは、ふっ酸によってシリコン基板を除去することで得られ、重量は2カラットであった。次に、この炭素源を用いて、高温高圧合成ダイヤモンドを作成した。高温高圧合成では5.5GPa、摂氏1350度の既知のダイヤモンド合成条件を用い、Al系チタンゲッターを混ぜた溶媒を用いた。こうして、合成したダイヤモンドから、3mm×3mm×1mm程度の外形のダイヤモンド片を切り出した。不純物の窒素は0.1ppm以下であった。ボロン濃度は0.0001ppmであった。このダイヤモンド片に対し、2MeVで且つ100Gyの照射量で、電子線照射を行い、真空中(1×10−2Pa)、摂氏800度でアニール処理したところ、光吸収スペクトルから、N−Vセンターに対応する570nmの吸収及び、638nmのゼロフォノン吸収を観測することができた。このダイヤモンド片からなる磁気センサ素子を用いて検出器を作成し、この検出器を用いてフレクシブルな磁気計測装置を作成した。ベース部をヘルメット状の構造にして、ベース部に20個の検出器を取り付けた。検出器のみを可動にしたところ、検出器の先端部に設けられた磁気センサ素子と、頭部表皮と、の距離を、1mm程度にまで近づけることができた。磁気シールドにはパーマロイを用い、NMRパルスによって磁気を測定したところ、10nT以上の磁気が計測できた。十分なシールドを行うことによって、更に磁気検出感度を高めることができた。更に、ヘルメット状のベース部に替えて、脊椎を取り囲むように首の形の窪みがある形状のベース部を用い、このベース部に20個の検出器を取り付けた。検出器のみを可動にしたところ、首の表皮と、検出器の先端部に設けられた磁気センサ素子との距離を1mm程度にまで近づけることができた。磁気シールドにはパーマロイを用い、パルスESRによって磁気を測定したところ、10nT以上の磁気が計測できた。十分なシールドを行うことによって、更に磁気検出感度を高めることができた。 (Example 2) In synthesizing a diamond single crystal, first, polycrystalline diamond prepared by vapor phase synthesis on a silicon substrate was used as a carbon supply source. For the gas phase synthesis, methane gas having a 13 C abundance in the constituent carbon of 0.01% was used. The polycrystalline diamond synthesized on the silicon substrate was obtained by removing the silicon substrate with hydrofluoric acid and weighed 2 carats. Next, high-temperature and high-pressure synthetic diamond was prepared using this carbon source. In the high-temperature and high-pressure synthesis, known diamond synthesis conditions of 5.5 GPa and 1350 degrees Celsius were used, and a solvent mixed with an Al-based titanium getter was used. Thus, a diamond piece having an outer shape of about 3 mm × 3 mm × 1 mm was cut out from the synthesized diamond. Impurity nitrogen was 0.1 ppm or less. The boron concentration was 0.0001 ppm. This diamond piece was irradiated with an electron beam at a dose of 2 MeV and 100 Gy, and annealed in vacuum (1 × 10 −2 Pa) at 800 ° C. From the light absorption spectrum, the NV center An absorption at 570 nm and zero phonon absorption at 638 nm could be observed. A detector was made using the magnetic sensor element made of this diamond piece, and a flexible magnetic measuring device was made using this detector. The base part has a helmet-like structure, and 20 detectors are attached to the base part. When only the detector was movable, the distance between the magnetic sensor element provided at the tip of the detector and the head skin could be reduced to about 1 mm. When permalloy was used for the magnetic shield and magnetism was measured with an NMR pulse, magnetism of 10 nT or more was measured. The magnetic detection sensitivity could be further increased by performing sufficient shielding. Furthermore, instead of the helmet-shaped base portion, a base portion having a neck-shaped depression so as to surround the spine was used, and 20 detectors were attached to this base portion. When only the detector was made movable, the distance between the skin of the neck and the magnetic sensor element provided at the tip of the detector could be reduced to about 1 mm. When permalloy was used for the magnetic shield and magnetism was measured by pulse ESR, magnetism of 10 nT or more could be measured. The magnetic detection sensitivity could be further increased by performing sufficient shielding.
以上、好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。 While the principles of the invention have been illustrated and described in the preferred embodiments, it will be appreciated by those skilled in the art that the invention can be modified in arrangement and detail without departing from such principles. The present invention is not limited to the specific configuration disclosed in the present embodiment. We therefore claim all modifications and changes that come within the scope and spirit of the following claims.
1…検出器、100…磁気計測装置、11…アーム、11a,11b,11c,11d,1p…Oリング、11a1,11b1,11c1,11d1,15c,71a,72a,7a,9a…孔部、13…突出部、13a…筒孔、13b,15a…側壁、13c…端面、15…キャップ部、15b…底壁、1a…磁気センサ素子、1b…先端部、1c…固定具、1d,1g…コイル、1e…被覆部、1f…導体部、1h…導体部、1i…導波部、1j,1k…絶縁部、1m…外皮部、1n…磁気遮蔽部、1q…スペーサ部、3…光送受信ユニット、31…光送受信ユニット群、3a…発振装置、3b…光送信装置、3c…光受信装置、5…制御装置、7,71,72…ベース部、71b…側面、7a1,7a3…開口、7a2,7a4…縁部、7b1,7b2…溝部、9…支持器具、F1,F3,F5…主面、F2,F4,F6…裏面、K…ケーブル、K1…電気ケーブル、K2…光ファイバ
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記検出器を搭載するベース部と、
を備えた磁気計測装置であって、
前記検出器は、当該検出器の先端部に設けられた磁気センサ素子を有し、
前記磁気センサ素子は、電子スピン共鳴信号を出力するダイヤモンドからなり、
前記磁気センサ素子のダイヤモンドは、0.01%以下の原子濃度の13C原子と100ppm以下の原子濃度の窒素原子とを含み、
前記磁気センサ素子のダイヤモンドに含まれており前記磁気センサ素子のダイヤモンド内の空格子点に隣接する窒素原子の数は、前記磁気センサ素子のダイヤモンドに含まれている窒素原子の数の5%以上であり、
前記ベース部は、主面を有しており、前記先端部の位置を該主面と交差する方向で調整するための位置調整部を有する、
ことを特徴とする磁気計測装置。 A detector for detecting magnetism using electron spin resonance;
A base portion on which the detector is mounted;
A magnetic measuring device comprising:
The detector has a magnetic sensor element provided at the tip of the detector,
The magnetic sensor element is made of diamond that outputs an electron spin resonance signal,
The diamond of the magnetic sensor element includes 13 C atoms having an atomic concentration of 0.01% or less and nitrogen atoms having an atomic concentration of 100 ppm or less,
The number of nitrogen atoms contained in diamond of the magnetic sensor element and adjacent to vacancies in diamond of the magnetic sensor element is 5% or more of the number of nitrogen atoms contained in diamond of the magnetic sensor element. And
The base portion has a main surface, and has a position adjustment portion for adjusting the position of the tip portion in a direction intersecting the main surface.
Magnetic measuring device characterized by that.
前記位置調整部は、一又は複数のOリングを有し、
前記一又は複数のOリングの孔部は、前記ベース部の孔部に連通し、
前記検出器は、前記一又は複数のOリングに接して前記一又は複数のOリングのそれぞれの孔部及び前記ベース部の孔部に挿入される、ことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の磁気計測装置。 The base portion is provided with a hole penetrating from the main surface to the back surface of the base portion,
The position adjusting unit has one or a plurality of O-rings,
The hole of the one or more O-rings communicates with the hole of the base,
2. The detector according to claim 1, wherein the detector is inserted into a hole portion of the one or the plurality of O-rings and a hole portion of the base portion in contact with the one or the plurality of O-rings. 2. The magnetic measuring device according to 2.
前記位置調整部は、二つのOリングを有し、
前記二つのOリングのうちの一のOリングは、前記二つの溝部のうちの一の溝部に配置され、前記二つのOリングのうちの他のOリングは、前記二つの溝部のうちの他の溝部に配置されている、ことを特徴とする請求項3に記載の磁気計測装置。 The base portion has two groove portions provided at the respective edge portions of the two openings of the hole portion of the base portion,
The position adjusting unit has two O-rings,
One O-ring of the two O-rings is disposed in one of the two grooves, and the other O-ring of the two O-rings is the other of the two grooves. The magnetic measuring device according to claim 3, wherein the magnetic measuring device is disposed in a groove portion of the magnetic field.
前記主面に設けられており前記主面の上に延びる筒状の突出部と、
前記突出部に螺合するキャップ部と、
前記突出部の端面と前記キャップ部との間に設けられたOリングと、
を有し、
前記突出部と前記キャップ部とは前記Oリングを挟んだ状態で螺合し、
前記ベース部は、前記主面から当該ベース部の裏面に貫通する孔部が設けられ、
前記突出部は、前記主面の上に延びる側壁を有し、
前記突出部の側壁の外面には、ねじ溝が形成され、
前記キャップ部は、側壁と、この側壁に交差する方向に延びる底壁とを有し、
前記キャップ部の側壁の内面には、前記突出部との螺合が可能なねじ溝が形成され、
前記キャップ部の底壁には、当該底壁を貫通する孔部が設けられ、
前記キャップ部の底壁の孔部、前記Oリングの孔部、前記突出部の筒孔、及び、前記ベース部の孔部は連通し、
前記検出器は、前記Oリングに接して、前記キャップ部の底壁の孔部、前記Oリングの孔部、前記突出部の筒孔、及び、前記ベース部の孔部、に挿入され、
前記Oリングは、前記突出部の端面と前記キャップ部の底壁とによって挟まれている、ことを特徴とする請求項1に記載の磁気計測装置。 The position adjusting unit is
A cylindrical protrusion provided on the main surface and extending on the main surface;
A cap portion screwed into the protruding portion;
An O-ring provided between the end surface of the protruding portion and the cap portion;
Have
The protruding portion and the cap portion are screwed together with the O-ring sandwiched therebetween,
The base portion is provided with a hole penetrating from the main surface to the back surface of the base portion,
The protrusion has a side wall extending on the main surface,
A thread groove is formed on the outer surface of the side wall of the protrusion,
The cap portion has a side wall and a bottom wall extending in a direction intersecting the side wall,
On the inner surface of the side wall of the cap portion, a thread groove that can be screwed with the protruding portion is formed,
The bottom wall of the cap part is provided with a hole that penetrates the bottom wall,
The hole part of the bottom wall of the cap part, the hole part of the O-ring, the cylindrical hole of the projecting part, and the hole part of the base part communicate with each other.
The detector is inserted into the hole of the bottom wall of the cap part, the hole part of the O-ring, the cylindrical hole of the projecting part, and the hole part of the base part in contact with the O-ring,
The magnetic measuring apparatus according to claim 1, wherein the O-ring is sandwiched between an end surface of the protruding portion and a bottom wall of the cap portion.
0.01%以下の原子濃度の13C原子、0.1ppm以下の原子濃度の窒素原子、及び、1ppm未満の原子濃度のボロン原子、を含む単結晶ダイヤモンドを用意するステップと、
10keV以上3MeV以下のエネルギー、及び、1×1013/cm−2以上1×1020/cm−2以下の原子濃度で、前記単結晶ダイヤモンドに窒素原子のイオンを注入するステップと、
1時間以上3時間以下の時間内において摂氏600度以上摂氏1400度以下の範囲の温度で、前記イオンの注入を行った後の単結晶ダイヤモンドを加熱するステップと、
を備える、ことを特徴とする磁気センサ素子の製造方法。 A method for manufacturing a magnetic sensor element included in the magnetic measurement device according to any one of claims 1 to 5,
Providing a single crystal diamond comprising 13 C atoms with an atomic concentration of 0.01% or less, nitrogen atoms with an atomic concentration of 0.1 ppm or less, and boron atoms with an atomic concentration of less than 1 ppm;
Implanting nitrogen atom ions into the single crystal diamond at an energy of 10 keV to 3 MeV and an atomic concentration of 1 × 10 13 / cm −2 to 1 × 10 20 / cm −2 ;
Heating the single crystal diamond after the ion implantation at a temperature in the range of 600 degrees Celsius or more and 1400 degrees Celsius or less within a time period of 1 hour or more and 3 hours or less;
A method of manufacturing a magnetic sensor element, comprising:
0.01%以下の原子濃度の13C原子、0.1ppmを超える原子濃度の窒素原子、及び、1ppm未満の原子濃度のボロン原子、を含む単結晶ダイヤモンドを用意するステップと、
0.7MeV以上10MeV以下のエネルギー、及び、1Gy以上1GGy以下の照射量で、前記単結晶ダイヤモンドに電子線照射を行うステップと、
3時間以上4時間以下の時間内において摂氏600度以上摂氏1400度以下の範囲の温度で、前記電子線照射を行った後の単結晶ダイヤモンドを加熱するステップと、
を備える、ことを特徴とする磁気センサ素子の製造方法。 A method for manufacturing a magnetic sensor element included in the magnetic measurement device according to any one of claims 1 to 5,
Providing a single crystal diamond comprising 13 C atoms with an atomic concentration of 0.01% or less, nitrogen atoms with an atomic concentration of greater than 0.1 ppm, and boron atoms with an atomic concentration of less than 1 ppm;
Irradiating the single crystal diamond with an electron beam at an energy of 0.7 MeV to 10 MeV and an irradiation dose of 1 Gy to 1 GGy;
Heating the single crystal diamond after the electron beam irradiation at a temperature in the range of 600 degrees Celsius or more and 1400 degrees Celsius or less within a period of 3 hours or more and 4 hours or less;
A method of manufacturing a magnetic sensor element, comprising:
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