JPH0222641A - Hole burning substance and production of same - Google Patents

Hole burning substance and production of same

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JPH0222641A
JPH0222641A JP63171635A JP17163588A JPH0222641A JP H0222641 A JPH0222641 A JP H0222641A JP 63171635 A JP63171635 A JP 63171635A JP 17163588 A JP17163588 A JP 17163588A JP H0222641 A JPH0222641 A JP H0222641A
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JP
Japan
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hole
diamond
holes
erased
zero phonon
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JP63171635A
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Japanese (ja)
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Shuichi Sato
周一 佐藤
Takeshi Nakajima
猛 中島
Kazuo Tsuji
辻 一夫
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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    • C30BSINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
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Abstract

PURPOSE:To enable repeating writes at any optional position by using the zero phonon line of an N-V center present in diamond and erasing holes located in any position by irradiating them with exciting light containing no zero phonon line and having energy more than the zero phonon line. CONSTITUTION:The holes once produced by using the zero phonon line of the N-V center present in the diamond are retained semipermanently without changing in the temperature range of 2-120 deg.K and any holes located at optional positions can be erased by the irradiation with the exciting light containing no zero phonon line and having energy more than said line, and synthetic Ib type diamond is used in this process, and in this case, they can be erased more easily by irradiation with exciting light having energy of >=1 phonons in a short time. A color center is formed by irradiating with nutron beams in an amount of 1.5X10<16>-1.5X10<19>/cm<2>, thus permitting a memory to be repeatedly written in and erased off at the optional position.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、ホールバーニング物質およびその製造法に関
する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Field of Application] The present invention relates to a hole burning substance and a method for producing the same.

次世代のメモリとして、フォトクロミック効果、ホール
バーニング効果を利用した3次元光メモリの研究が進め
られている。本発明はダイヤモンドのカラーセンターの
ホールバーニング効果を利用したメモリ物質および製造
法に関するものである。
As a next-generation memory, research is underway on three-dimensional optical memory that utilizes photochromic effects and hole-burning effects. The present invention relates to a memory material and manufacturing method that utilizes the hole burning effect of the color center of diamond.

[従来の技術] 従来、ホールバーニング物質として、ポルフィリンやキ
ニザリン等の有機色素をn−へ牛サン等のマトリックス
に入れた物質が使用されてきている(「化学と工業」第
35巻、第9号(1982)633〜635頁参照)。
[Prior Art] Conventionally, as a hole-burning substance, a substance in which an organic dye such as porphyrin or quinizarin is placed in a matrix such as n-beef sun has been used (``Chemistry and Industry'' Vol. 35, Vol. 9). (1982) pp. 633-635).

この場合、ホールバーニング物質を液体ヘリウム温度ま
で低下させ、使用する必要があり、また、多くの物質は
、一度作成されたホールの寿命が短いという欠点を有す
る。一方、ホール寿命が半永久的に長い物質の場合、逆
に消去できないという欠点がある。この場合、ホールを
消去するには、−旦、液体ヘリウム温度から室温付近ま
で昇温する必要があるが、昇温によりホールを消去する
と、全てのホールが消去されてしまうという欠点がある
In this case, it is necessary to use a hole-burning material brought down to the temperature of liquid helium, and many materials also have the disadvantage that the lifetime of the holes once created is short. On the other hand, materials with semi-permanently long hole lifetimes have the disadvantage that they cannot be erased. In this case, in order to erase the holes, it is necessary to first raise the temperature from the liquid helium temperature to around room temperature, but there is a drawback that if the holes are erased by increasing the temperature, all the holes will be erased.

また、有機色素以外に、アルカリハライド系化合物に、
電子線照射を行ってカラーセンターを作成し、ホールバ
ーニング物質として使用した例もあるが、上述の有機色
素と同一の問題点を有している。
In addition to organic dyes, alkali halide compounds,
Although there are examples of creating color centers by electron beam irradiation and using them as hole-burning materials, they have the same problems as the organic dyes mentioned above.

さらに、ダイヤモンド中に各種のカラーセンター(GR
I、N−V、N3、N3)を作り、これに付いてホール
バーニング実験を行った例がある[ジャーナル・オブ・
フィジックス、C,ソリッド・ステート・フィジックス
(J、  Phys、、  C。
Furthermore, there are various color centers (GR) in the diamond.
I, N-V, N3, N3) and conducted hole burning experiments on them [Journal of
Physics, C, Solid State Physics (J, Phys, C.

5olid 5tate Physics、)、第17
巻(1984)233〜236゜アール・ティ・ホーリ
ー(R。
5solid 5tate Physics, ), No. 17
Volume (1984) 233-236゜R.T. Holly (R.

”l”、  Horley)ら。]。この場合でも、下
記の問題点があった。
"l", Horley) et al. ]. Even in this case, there were the following problems.

■温度が20に以下でないと、ホールが消失する。■If the temperature is not below 20, the hole will disappear.

■ホールが15分程度で殆ど消失する。■Most of the holes disappear in about 15 minutes.

■ホールが存在する温度で、任意のホールのみを消去で
きない。
■It is not possible to erase just any hole at the temperature where the hole exists.

[発明が解決しようとする課題] 本発明は、上記■〜■の欠点を解決し、ダイヤモンドの
カラーセンターを用いた優れたホールバーニング物質を
提供するものである。
[Problems to be Solved by the Invention] The present invention solves the above drawbacks (1) to (3) and provides an excellent hole burning material using a diamond color center.

[課題を解決するための手段] すなわち、本発明は、ダイヤモンド中に存在するN−V
センターのゼロフォノンラインを用い、一度作成された
ホールが2〜120にの温度範囲で変化することなく、
かつ半永久的に持続され、さらに、任意の位置における
該ホールが、ゼロフォノンラインを含まずゼロフォノン
ライン以上のエネルギーを持つ励起光の照射によって消
去できる、特に17才ノン以上のエネルギーを持つ励起
光の照射によって短時間に消去できることを特徴とする
合成Ib型ダイヤモンドを用いたホールバーニング物質
およびダイヤモンド安定領域下で合成したrb型型詰結
晶たは多結晶もしくは気相合成したlb型型詰結晶たは
多結晶であって、かつ、該結晶中の窒素含有贋がlXl
0′e〜3X1016〜1.5×1019個/cy、3
であるダイヤモンドを、1.5X1016〜1.5×1
019〜1.5XIO”個/cff”範囲で中性子線照
射した後、1torr以下の真空下かつ600〜140
0℃の温度範囲で1時間以上アニーリングすることを特
徴とする上記ダイヤモンドホールバーニング物質の製造
法を提供する。
[Means for Solving the Problems] That is, the present invention solves the problem of N-V present in diamond.
Using the center zero phonon line, the hole once created does not change in the temperature range from 2 to 120℃.
and lasts semi-permanently, and furthermore, the hole at any position can be erased by irradiation with excitation light that does not contain the zero phonon line and has energy greater than the zero phonon line, especially excitation light having energy greater than or equal to 17 years old. Hole-burning materials using synthesized Ib type diamond, which can be erased in a short time by irradiation with is polycrystalline, and the nitrogen-containing imitation in the crystal is lXl
0′e~3X1016~1.5×1019 pieces/cy, 3
1.5×1016~1.5×1
After neutron beam irradiation in the range of 019 to 1.5XIO"/cff", under vacuum of 1 torr or less and 600 to 140
Provided is a method for producing the diamond hole-burning material described above, characterized in that annealing is performed at a temperature range of 0° C. for 1 hour or more.

本発明では、ダイヤモンドのカラーセンターの内N−V
センターのゼロフォノンラインをホールバーニングする
。これは該ゼロフォノンラインがホールバーニングに適
しているからである。この手段は、前掲ジャーナル・オ
ブ・フィジックス、C,ソリッド・ステート・フィジッ
クスに示唆されている。
In the present invention, within the color center of the diamond, N-V
Hole burn the center zero phonon line. This is because the zero phonon line is suitable for hole burning. This approach is suggested in the Journal of Physics, C. Solid State Physics, supra.

以下、まず本発明によるホールバーニング素子の製造法
の特徴について述べ、次に物質の特性について述べる。
Hereinafter, first, the characteristics of the method for manufacturing the hole burning element according to the present invention will be described, and then the characteristics of the material will be described.

く製造法の特徴〉 本発明による製造法の特徴を下記(ア)〜(つ)に示す
Characteristics of the manufacturing method> The characteristics of the manufacturing method according to the present invention are shown in (A) to (T) below.

(ア)カラーセンターを作成するマトリックスとして、
合成Ib型ダイヤモンドであって、窒素含有1がIX 
1018〜3X1016〜1.5×1019個/cyx
”ノものを用いる。合成ダイヤモンドは、超高圧合成に
よる単結晶または多結晶、もしくは気相合成による多結
晶または単結晶を用いる。
(a) As a matrix to create a color center,
Synthetic type Ib diamond, nitrogen-containing 1 is IX
1018~3X1016~1.5x1019 pieces/cyx
Synthetic diamonds are single crystals or polycrystals produced by ultra-high pressure synthesis, or polycrystals or single crystals produced by vapor phase synthesis.

(イ)カラーセンターを作成するには、中性子線を用い
、1.5X 1016〜1.5×1019〜1.5X 
10Ie個/ ax 2の範囲で照射する。また、電子
線の場合には、2X 1016〜1.5×1019 〜
1.5X 1016〜1.5×1019電子/ax”の
範囲で照射する。
(b) To create a color center, use a neutron beam, 1.5X 1016~1.5x1019~1.5X
Irradiate in the range of 10 Ie/ax 2. In addition, in the case of electron beam, 2X 1016 ~ 1.5 x 1019 ~
Irradiate in the range of 1.5×10 16 to 1.5×10 19 electrons/ax”.

(つ)アニーリングは、1torr以下の真空下、60
0〜1400℃1好ましくは650〜1200℃の温度
範囲で、1時間以上行う。
(1) Annealing is performed under a vacuum of 1 torr or less at 60°C.
It is carried out at a temperature range of 0 to 1400°C, preferably 650 to 1200°C, for 1 hour or more.

上記の内、(ア)の合成Ib型ダイヤモンドは知られて
いるが、窒素含有量が上記の範囲のものをホールバーニ
ング物質の製造に用いると、優れた結果が得られること
は知られていない。
Among the above, (a) synthetic type Ib diamond is known, but it is not known that excellent results can be obtained when using one with a nitrogen content in the above range for the production of hole burning materials. .

本発明の最も顕著な特徴は、(イ)の中性子線または電
子線の照射条件にある。前述のごとく、比較的高い照射
条件で、カラーセンターを作成する必要がある。
The most notable feature of the present invention lies in (a) neutron beam or electron beam irradiation conditions. As mentioned above, it is necessary to create a color center under relatively high irradiation conditions.

上記のような条件で作成したN−Vセンターのゼロフォ
ノンは波長幅が広く、下記の特徴を示し、優れたホール
バーニング物質として機能する。
The N-V center zero phonon produced under the above conditions has a wide wavelength range, exhibits the following characteristics, and functions as an excellent hole-burning material.

(A)温度が2〜120にの範囲でも、一度作成された
ホールは消失しない。
(A) Even if the temperature ranges from 2 to 120 degrees Celsius, the holes once created do not disappear.

(B)作成されたホールは、半永久的、たとえば少なく
とも1時間は消失しない。
(B) The created hole is semi-permanent, for example, does not disappear for at least one hour.

(C)ゼロフォノンを含まず、ゼロフォノンライン以上
のエネルギーを持つ励起光によってホールが消失する。
(C) Holes are extinguished by excitation light that does not contain zero phonons and has energy greater than the zero phonon line.

特に1フォノン以上のエネルギーを持つ励起光によって
短時間、たとえば300秒以下で消失する。
In particular, it disappears in a short time, for example, 300 seconds or less, by excitation light having an energy of one phonon or more.

[作用コ 本発明による製造法の作用について述べ、次に特性につ
いて述べる。
[Function] The function of the manufacturing method according to the present invention will be described, and then the characteristics will be described.

く製造法の作用〉 (ア)の作用 N−Vセンターは、ダイヤモンド中の窒素原子1個と空
格子が結合したものである。このため、マトリックスと
しては、孤立分散型窒素からなるIb型ダイヤモンドが
最適である。Ib型ダイヤは下記の5方法のいずれかに
よって作成される。
Effect of the manufacturing method> Effect of (a) The N-V center is a bond between one nitrogen atom and a vacancy in diamond. For this reason, type Ib diamond consisting of isolated and dispersed nitrogen is most suitable as the matrix. Type Ib diamonds are created by any of the following five methods.

i)天然ダイヤモンドから選別したもの。i) Selected from natural diamonds.

i)ダイヤモンド安定領域下で、温度差法によって合成
した単結晶。
i) Single crystal synthesized by temperature difference method under diamond stability region.

1ii)ダイヤモンド安定領域下で、焼結法によって合
成した多結晶。
1ii) Polycrystal synthesized by sintering method under diamond stability region.

iv)ダイヤモンド安定領域下で、膜成長法によって合
成した砥粒用単結晶。
iv) A single crystal for abrasive grains synthesized by a film growth method under the diamond stability region.

V)気相合成法による作成された単結晶または多結晶。V) Single crystal or polycrystal created by vapor phase synthesis method.

このうち、本発明では、ii)、iii )、V)のI
b型ダイヤモンドが、大きさ、品質の点で好ましい。
Among these, in the present invention, I of ii), iii), and V)
B-type diamonds are preferred in terms of size and quality.

また、i)、iv)のIb型ダイヤモンドも使用できる
が、前者に比べてあまり適していない。
Although type Ib diamonds i) and iv) can also be used, they are less suitable than the former.

本発明では、上記Ib型ダイヤモンドの内、含有窒素量
がlXl0”〜3X1016〜1.5×1019個/C
jI3のものを用いる。上記範囲以下では、−旦作成し
たホールの消去が120に以下では生じない。また、上
記範囲以上ではN−Vセンターの濃度が高すぎて書き込
み消去が困難である。
In the present invention, the amount of nitrogen contained in the type Ib diamond is 1X10'' to 3X1016 to 1.5×1019 pieces/C.
jI3 is used. Below the above range, erasure of the hole created once does not occur below 120. Further, above the above range, the concentration of the NV center is too high, making writing and erasing difficult.

気相合成法には、マイクロ波CVD法、DCプラズマ法
、レーザーPVD法、熱フイラメント法、熱フイラメン
トCVD法、イオンビーム蒸着法等があるが、いずれの
方法で製造したIb型ダイヤモンドでも同様の結果が得
られる。
Vapor phase synthesis methods include microwave CVD method, DC plasma method, laser PVD method, thermal filament method, thermal filament CVD method, ion beam evaporation method, etc., but type Ib diamond produced by any of these methods has the same Get results.

(イ)の作用 ダイヤモンド中にN−Vセンターを作成するには、(ア
)のマトリックス以外に空格子を生じさせるためのエネ
ルギー線を照射する必要がある。従つて、この工程は非
常に重要であり、本発明では、下記の条件を採用する。
Effect of (a) In order to create an N-V center in diamond, it is necessary to irradiate energy rays to create vacancies in areas other than the matrix of (a). Therefore, this step is very important, and the following conditions are adopted in the present invention.

i)エネルギー線として中性子線を用いた場合、1.5
X 1016〜1.5×1019〜1.5X to”個
/CjI″の範囲で照射する。
i) When a neutron beam is used as the energy beam, 1.5
Irradiation is performed in the range of X 1016 to 1.5×1019 to 1.5X to"pieces/CjI".

ii)エネルギー線として電子線を用いた場合、2 X
 10 ”〜1.5 X I O”electrons
/ci”の範囲で照射する。
ii) When an electron beam is used as the energy beam, 2
10”~1.5 X I O”electrons
/ci'' range.

この場合、i)、ii)の下限以下ではN−Vセンター
のゼロフォノンラインをホールバーニングしても、作成
されたホールが20Kを越えると変化する。また、ホー
ルの寿命が半永久的には安定ではない。さらに、ゼロフ
ォノン以上のエネルギーを持つ励起光を照射しても、1
20に以下の温度では、−旦作成されたホールを消去で
きない。
In this case, even if the zero phonon line at the NV center is hole-burned below the lower limits of i) and ii), the created hole will change if it exceeds 20K. Further, the life of the hole is not stable semi-permanently. Furthermore, even if we irradiate excitation light with energy higher than zero phonon, 1
At temperatures below 20°C, the holes created once cannot be erased.

また、i)、ii)の上限以上では、エネルギー線によ
るダイヤモンド格子の損傷が著しく、広い波長域で強い
吸収が生じる。このため、N−Vセンターのゼロフォノ
ンラインが明瞭に検出でキナイという新たな問題点が生
ずる。
Further, above the upper limits of i) and ii), the diamond lattice is significantly damaged by the energy rays, and strong absorption occurs in a wide wavelength range. Therefore, a new problem arises in that the zero phonon line at the NV center cannot be clearly detected.

(つ)の作用 アニーリングの作用は、(ア)のマトリックス中の窒素
原子と、(イ)によって生じた空格子とを結合させN−
Vセンターを作ることである。本発明では、600〜1
400’Cの温度範囲で1時間以上、l torr以下
の真空下で実施する。
The effect of annealing is to combine the nitrogen atoms in the matrix of (a) with the vacancies created by (b), resulting in N-
It is to create a V center. In the present invention, 600 to 1
It is carried out at a temperature range of 400'C for at least 1 hour under a vacuum of less than 1 torr.

600℃以下では、照射損傷による吸収(GRIセンタ
ー)が除去されず、N−Vセンターも形成されない。1
400’C以上ではN−Vセンターの破壊が生じる。ま
た、1時間以下のアニーリングでは、照射損傷による吸
収が除去できない問題が生じる。また、l torr以
上の真空度ではダイヤの表面が黒鉛化する。照射量が多
い場合は、上記GRIセンターが完全に除去されない場
合があるが、650℃以上で除去される。また、N−V
センターは1200’Cから少しずつ減少が始まる。
At temperatures below 600° C., absorption due to radiation damage (GRI centers) is not removed and NV centers are not formed. 1
At temperatures above 400'C, destruction of the N-V center occurs. Furthermore, annealing for one hour or less causes the problem that absorption due to irradiation damage cannot be removed. Further, at a vacuum level of 1 torr or more, the surface of the diamond becomes graphitized. If the irradiation dose is large, the GRI center may not be completely removed, but it will be removed at 650° C. or higher. Also, N-V
The center temperature starts to decrease little by little from 1200'C.

従って、好ましくは、650〜1200℃の温度条件で
アニーリングするのが良い。
Therefore, it is preferable to perform annealing at a temperature of 650 to 1200°C.

次に、特性の作用について述べる。Next, we will discuss the effects of the characteristics.

く特性の作用〉 (Δ)および(B)の作用 液体ヘリウム温度から120にの範囲でも第1図に示す
如く、一度作成されたホールは消失しない。120に以
上になるとホールの消失が始まり、300にではかなり
消失する。本作用によって、従来液体ヘリウムを用いな
ければ生じなかったホールバーニング効果が、液体窒素
温度でも生じる。
Effects of Characteristics> Effects of (Δ) and (B) As shown in FIG. 1, holes once created do not disappear even in the range of liquid helium temperature to 120°C. When the number reaches 120 or more, the holes start to disappear, and at 300, they disappear considerably. Due to this effect, the hole burning effect, which conventionally did not occur unless liquid helium was used, occurs even at liquid nitrogen temperatures.

また、作成されたホールが半永久的に消失しないことに
より、実用化が可能になった。
In addition, the created holes do not disappear semi-permanently, making it possible to put them into practical use.

(C)の作用 本作用が、本発明における最大の特徴である。Effect of (C) This effect is the greatest feature of the present invention.

従来のホールは一度形成されると、室温付近まで温度を
上昇させないと消去できなかった。しかし、この処理を
行なうと、全域のホールが消去されてしまい、任意の位
置のホールのみを消去することはできなかった。
Once formed, conventional holes could only be erased by raising the temperature to near room temperature. However, when this process is performed, holes in the entire area are erased, and it is not possible to erase only holes at arbitrary positions.

本発明によるゼロフォノンラインを用いたホールバーニ
ングでは、任意の位置のホールに対し、ゼロフォノンを
含まず、ゼロフォン以上のエネルギーを持つ励起光を与
えることでホールの消去が可能となった。特に、171
77以上のエネルギーを持つ励起光を当てると、短時間
にホールが消去できる。本作用により、任意の位置にホ
ールバーニングを利用したホールを書き込みおよび消去
を繰り返すことが可能となった。
Hole burning using a zero phonon line according to the present invention makes it possible to eliminate holes at any position by applying excitation light that does not contain zero phonons and has energy greater than zero phonons. In particular, 171
By applying excitation light with an energy of 77 or more, holes can be eliminated in a short time. This effect makes it possible to repeatedly write and erase holes at arbitrary positions using hole burning.

[実施例] 実施例1 温度差法を用い、5.50Paおよび1350〜142
0’Cの圧力温度条件で、3〜3.2カラソトの大きさ
で、窒素含有量が5X1017〜5×1020個/cj
I3の範囲にあるIb型ダイヤモンドを5個作成した。
[Example] Example 1 Using the temperature difference method, 5.50 Pa and 1350 to 142
Under pressure and temperature conditions of 0'C, the size is 3 to 3.2 karat, and the nitrogen content is 5 x 1017 to 5 x 1020 pieces/cj
Five type Ib diamonds in the I3 range were created.

さらに、該ダイヤモンド試料を7IIII(幅)X6i
x(長さ)X(0,2〜3)Rx(厚さ)のサイズにそ
れぞれ加工した。
Furthermore, the diamond sample is 7III (width) x 6i
Each was processed to a size of x (length) x (0, 2 to 3) Rx (thickness).

該試料に、1.2X10′7個/cm″の照射量で中性
子線照射した後、10−1torrの真空下、800℃
で10時間アニーリング処理を行なった。該試料中の窒
素含有量は赤外分光分析の1130cm−’の吸収係数
より算出した。また、該試料中に作成されたカラーセン
ターを、紫外可視分光分析器によって測定した。
After irradiating the sample with a neutron beam at a dose of 1.2 x 10'7 particles/cm'', the sample was heated at 800°C under a vacuum of 10-1 torr.
Annealing treatment was performed for 10 hours. The nitrogen content in the sample was calculated from the absorption coefficient at 1130 cm-' in infrared spectroscopy. In addition, the color center created in the sample was measured using an ultraviolet-visible spectrometer.

ホールバーニングの測定は、以下のように行った。Hole burning measurements were performed as follows.

第2図に示す如く、レーザー・11より発振したレーザ
ー光17を試料16に当ててまずホールを形成した。試
料16は、点線で示されるクライオスタットの中にセッ
トされていた。レーザー光17はシャッター12によっ
て0N−OFFさせた。
As shown in FIG. 2, a hole was first formed by irradiating a sample 16 with a laser beam 17 oscillated by a laser 11. Sample 16 was set in a cryostat indicated by a dotted line. The laser beam 17 was turned off by the shutter 12.

ホールの観察は、レーザー13により発振したレーザー
光18を減衰フィルター14を通した後、透過光19の
強度をディテクター15で測定することにより実施した
The holes were observed by passing the laser beam 18 oscillated by the laser 13 through the attenuation filter 14 and then measuring the intensity of the transmitted light 19 with the detector 15.

また、第3図に典型的な観察結果を示す。曲線21はデ
ィテクター15によって観測された透過光強度を示す。
Moreover, typical observation results are shown in FIG. A curve 21 shows the transmitted light intensity observed by the detector 15.

横軸は時間、縦軸は強度をそれぞれ示す。The horizontal axis represents time, and the vertical axis represents intensity.

ホールバーニングする前のディテクター15における透
過光強度をIpとする。第3図中、22の時点でシャッ
ター12よりレーザー光17を試料に当てると、ホール
が形成され、透過強度がΔIHだけ増加する。23の時
点で、シャッターを閉じると短時間成分が緩和し、半永
久成分Δlpが残る。ΔI p/ I pの強度比によ
ってホールの存在を調べる。
Let Ip be the intensity of transmitted light in the detector 15 before hole burning. When the laser beam 17 is applied to the sample from the shutter 12 at time 22 in FIG. 3, a hole is formed and the transmitted intensity increases by ΔIH. At time point 23, when the shutter is closed, the short-time component is relaxed and the semi-permanent component Δlp remains. The presence of holes is investigated by the intensity ratio of ΔI p/I p.

本実施例では、Ar”レーザーとグイレーザーを組み合
わせた波長可変レーザーを用いた。発振波長は638n
mであった。結果を第1表に示す。
In this example, a wavelength tunable laser that is a combination of an Ar'' laser and a Gy laser was used.The oscillation wavelength was 638 nm.
It was m. The results are shown in Table 1.

なお、ホールの消去の有無は、第2図中、レーザーuの
出力波長をN−Vセンターの第1フオノン波長に合わせ
、シャッター12を開けた後、透過光19の強度を調べ
ることによって行なった。
In addition, the presence or absence of hole erasure was determined by adjusting the output wavelength of the laser u to the first phonon wavelength of the N-V center in Fig. 2, opening the shutter 12, and checking the intensity of the transmitted light 19. .

実施例2 プラズマCVD法を用い、25 torrの圧力下、2
、4 Hzの高周波でプラズマを発生させ、窒素元素を
ドープしながら、7μ次/時間の成長速度でSi基板に
ダイヤモンドを200μ肩成長させた。
Example 2 Using plasma CVD method, under a pressure of 25 torr, 2
, 200 μm of diamond was grown on the Si substrate at a growth rate of 7 μth order/hour while plasma was generated at a high frequency of 4 Hz and nitrogen element was doped.

その後、Si基板を酸処理して溶かして得たダイヤモン
ド薄膜を試料として用いた。得られた薄膜は多結晶であ
った。該薄膜を6個に切断し、その内の5個に8X10
16〜1.5×1019〜3X1016〜1.5×10
19個/Cx”の範囲で中性子線照射を行なった。残り
の試料1個を化学分析し、窒素含有量を測定したところ
、4X1019個/ax3であった。試料をQ、1to
rrの真空下、650℃で1時間アニーリングし、実施
例1と同様の方法でホールバーニングおよび消去実験を
行なった。結果を第2表に示す。
Thereafter, a diamond thin film obtained by treating and dissolving the Si substrate with acid was used as a sample. The obtained thin film was polycrystalline. The thin film was cut into 6 pieces, and 5 of them were cut into 8×10 pieces.
16~1.5x1019~3X1016~1.5x10
Neutron beam irradiation was performed in the range of 19 atoms/Cx''.The remaining sample was chemically analyzed and the nitrogen content was measured, which was 4X1019 atoms/ax3.The sample was Q, 1to
Annealing was performed at 650° C. for 1 hour under a vacuum of RR, and hole burning and erasing experiments were performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2.

なお、上記気相合成法の他に、DCプラズマ法、熱フイ
ラメント法、熱フイラメントCVD法、イオンビーム蒸
着法、マイクロ波プラズマ法、レーザーPVD法を用い
ても本実施例と同様な結果が得られた。また、Si基板
以外にM□、WSTi。
In addition to the above-mentioned vapor phase synthesis method, the same results as in this example were obtained by using a DC plasma method, a thermal filament method, a thermal filament CVD method, an ion beam evaporation method, a microwave plasma method, and a laser PVD method. It was done. In addition to Si substrates, M□ and WSTi.

Zr、Hfおよびこれらの合金または炭化物、SiO,
、Al1,03、SiCおよびダイヤモンド単結晶を基
板に用いた場合でも、同様な結果が得られた。
Zr, Hf and their alloys or carbides, SiO,
, Al1,03, SiC, and diamond single crystal were used as substrates, similar results were obtained.

ダイヤモンド単結晶を基板に用いると、単結晶薄膜が得
られた。
When a diamond single crystal was used as a substrate, a single crystal thin film was obtained.

実施例3 温度差法を用い、5.2GPaおよび1350℃の圧力
温度条件下で、Fe  4ONi溶媒を用い、窒素含有
量1.2X10′9個/cff”のrb型合成ダイヤモ
ンド5個(2,8〜3.2カラツト)を作成し、6 M
IX 6 mm×l mMのサイズに加工した。
Example 3 Five RB-type synthetic diamonds (2, 8 to 3.2 carats) and 6 M
It was processed into a size of IX 6 mm x 1 mm.

該試料に、5X1016〜1.5×1019〜5X10
16〜1.5×1019電子/cm”の照射量で電子線
照射を行なった。その後、1 torrの真空下、12
00’Cで5時間アニーリングを行なった。実施例1と
同様の方法で窒素含有量、 グ、 す。
5×1016 to 1.5×1019 to 5×10 to the sample
Electron beam irradiation was performed at a dose of 16 to 1.5 x 1019 electrons/cm". Thereafter, under a vacuum of 1 torr,
Annealing was performed at 00'C for 5 hours. The nitrogen content was determined in the same manner as in Example 1.

カラーセンターの存在およびホールバーニンホールの消
去を測定した。結果を第3表に示実施例4 実施例3中の実験No、24で用いた試料を下記の如<
5に〜300にの間で温度を変化させ、ホールのできか
たを調べた。結果を第1図および第4表に示す。
The presence of color centers and the elimination of hole burning holes were measured. The results are shown in Table 3. Example 4 The sample used in Experiment No. 24 in Example 3 was prepared as follows.
The formation of holes was investigated by varying the temperature between 5 and 300 degrees Celsius. The results are shown in FIG. 1 and Table 4.

第1図に示す如く、10時間程度経過しても、120に
以下では、ホールによる透過光の増加分が変化せず、半
永久的に持続されることがわかる。
As shown in FIG. 1, it can be seen that even after about 10 hours, the increase in the transmitted light due to the holes does not change below 120 and continues semi-permanently.

なお、第1図中1〜3は、透過光強度の時間変化を示す
Note that 1 to 3 in FIG. 1 indicate temporal changes in transmitted light intensity.

実施例5 実施例1中実験No、3で用いた試料を使い、下記の如
くホールの書き込みおよび消去実験を行なった。
Example 5 Using the samples used in Experiment Nos. and 3 in Example 1, hole writing and erasing experiments were conducted as described below.

実験の内容を下記の■〜■に示す。実験では全て試料温
度を120Kにして行なった。
The details of the experiment are shown below. All experiments were conducted at a sample temperature of 120K.

■ 波長を変化させてもホールが形成されるか調べる。■ Examine whether holes are formed even if the wavelength is changed.

■ 630nmの励起光により消去するか否かを調べる
(ゼロフォノンラインを含まず、ゼロフォン以上の励起
光を照射)。
(2) Examine whether it is erased by excitation light of 630 nm (irradiation with excitation light of zero phonon or higher, not including the zero phonon line).

■ 580nmおよび550nmの励起光により消去す
るか否か調べる(17才ノン以上の励起光を照射)。
(2) Examine whether it is erased by excitation light of 580 nm and 550 nm (irradiation with excitation light for children aged 17 years or older).

■ ■、■を繰り返し、繰り返し、書き込み消去可能か
否か判定。
■ Repeat steps ■ and ■ to determine whether writing and erasing is possible.

■の波長を変化させるために、第2図中、11.13で
示すグイレーザーの中にエタロンを組み入れて、微小な
波長変化が可能なようにした。ホールバーニング用励起
光(書き込み用)17の波長を変化させ、シャッター1
2を開け、試料16に照射した。透過光波長18もエタ
ロンを用い、17ノ波長の近傍で変化させ、ホールのプ
ロファイルを測定することにより、ホールの有無を調べ
た。
In order to change the wavelength of (2), an etalon was incorporated into the gray laser shown at 11.13 in FIG. 2 to enable minute wavelength changes. The wavelength of the excitation light (for writing) 17 for hole burning is changed, and the shutter 1
2 was opened and sample 16 was irradiated. The transmitted light wavelength 18 was also varied in the vicinity of wavelength 17 using an etalon, and the presence or absence of holes was investigated by measuring the hole profile.

■、■のホールの消去は、予め17と18の波長を同一
値に変化させておき、シャッター12を開けて、試料1
6にホールを作成した後、シャ。
To erase the holes ① and ②, change the wavelengths 17 and 18 to the same value in advance, open the shutter 12, and
After creating a hole on 6, Sha.

ターを閉じ、17の波長のみを635.585.550
nmにそれぞれ変化させて照射し、透過光19の強度変
化からホールの消去を判定した。
635.585.550 and only 17 wavelengths
The holes were irradiated at different wavelengths, and the hole erasure was determined from the change in the intensity of the transmitted light 19.

結果を第5表に示す。The results are shown in Table 5.

第5表より判るように、ゼロフォノンラインの範囲で、
任意の波長で書き込み可能で、かつ、■フォノン以上の
エネルギーを持つ励起光を照射することによって短時間
に消去でき、繰り返し書き込み消去可能な優れたメモリ
であることが判る。
As can be seen from Table 5, in the range of the zero phonon line,
It can be seen that it is an excellent memory that can be written at any wavelength, erased in a short time by irradiating it with excitation light having an energy greater than (1) phonon, and can be repeatedly written and erased.

[発明の効果] 以上説明したように、任意の位置で繰り返し書き込み消
去可能なホールバーニングを利用したメモリが提供でき
るようになった。
[Effects of the Invention] As explained above, it has become possible to provide a memory using hole burning that allows repeated writing and erasing at any position.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、温度を変化した場合のホールに透過光強度の
時間変化を示した図である。1,2.3は各温度での透
過光強度を、Ibはホールを作成する前の透過光強度を
、ΔIpはホールによる透過光の増加分をそれぞれ示す
。 第2図はホールの作成および消去を測定する装置の概略
図である。11はホール作成用および消去用レーザー、
12はンヤノター、13はホール測定用レーザー、14
は減衰フィルター、15は透過光測定用ディテクター、
16は試料、17はホール作成または消去用レーザー光
、18はホール測定用レーザー光、19は透過光をそれ
ぞれ示す。また、試料16の回りの点線は、冷却用タラ
イオスタットを示す。 第3図はホールの測定例を示す。Ipがホール形成前の
試料の透過光強度、ΔIH1Δlpはホール形成によっ
て生じた透過光の増加分を示す。 21は透過光の強度、22はシャッターを開けた時点、
23は閉じた時点をそれぞれ示す。 特許出願人住友電気工業株式会社 代理 人弁理士 青 山 葆 はか1名第1 図 時間(汁)
FIG. 1 is a diagram showing the temporal change in the intensity of light transmitted through the hole when the temperature is changed. 1 and 2.3 represent the transmitted light intensity at each temperature, Ib represents the transmitted light intensity before the hole is created, and ΔIp represents the increase in the transmitted light due to the hole. FIG. 2 is a schematic diagram of an apparatus for measuring hole creation and deletion. 11 is a laser for creating and erasing holes;
12 is a Nyanotar, 13 is a hole measurement laser, 14
is an attenuation filter, 15 is a detector for measuring transmitted light,
Reference numeral 16 indicates a sample, 17 indicates a laser beam for hole creation or erasure, 18 indicates a laser beam for hole measurement, and 19 indicates transmitted light. Moreover, the dotted line around the sample 16 indicates a cooling taliostat. FIG. 3 shows an example of hole measurement. Ip represents the transmitted light intensity of the sample before hole formation, and ΔIH1Δlp represents the increase in transmitted light caused by hole formation. 21 is the intensity of transmitted light, 22 is the time when the shutter is opened,
23 indicates the closing point. Patent applicant Sumitomo Electric Industries, Ltd. Representative Patent attorney Haka Aoyama Figure 1 Time (soup)

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、ダイヤモンド中に存在するN−Vセンターのゼロフ
ォノンラインを用い、一度作成されたホールが2〜12
0Kの温度範囲で変化することなく、かつ半永久的に持
続され、さらに、任意の位置における該ホールが、ゼロ
フォノンラインを含まずゼロフォノンライン以上のエネ
ルギーを持つ励起光の照射によって消去できることを特
徴とする合成 I b型ダイヤモンドを用いたホールバー
ニング物質。 2、前記ホールが、1フォノン以上のエネルギーを持つ
励起光の照射によって短時間に消去できることを特徴と
する特許請求の範囲第1項記載のダイヤモンドホールバ
ーニング物質。 3、ダイヤモンド安定領域下で合成した I b型単結晶
または多結晶もしくは気相合成した I b型単結晶また
は多結晶であって、かつ、該結晶中の窒素含有量が1×
10^1^■〜3×10^2^0個/cm^3であるダ
イヤモンドを、1.5×10^1^6〜1.5×10^
1^9個/cm^2範囲で中性子線照射した後、1to
rr以下の真空下かつ600〜1400℃の温度範囲で
1時間以上アニーリングすることを特徴とする特許請求
の範囲第1項または第2項記載のダイヤモンドホールバ
ーニング物質の製造法。
[Claims] 1. Using the N-V center zero phonon line existing in diamond, the number of holes once created is 2 to 12.
It is characterized in that it persists semi-permanently without changing in the temperature range of 0K, and that the hole at any position can be erased by irradiation with excitation light that does not contain the zero phonon line and has energy greater than the zero phonon line. Hole-burning material using synthesized type Ib diamond. 2. The diamond hole burning material according to claim 1, wherein the holes can be erased in a short time by irradiation with excitation light having an energy of one phonon or more. 3. Ib type single crystal or polycrystal synthesized in the diamond stability region or Ib type single crystal or polycrystal synthesized in the gas phase, and the nitrogen content in the crystal is 1×
10^1^■ ~ 3 x 10^2^0 diamonds/cm^3, 1.5 x 10^1^6 - 1.5 x 10^
After neutron beam irradiation in the range of 1^9 pieces/cm^2, 1to
3. The method for producing a diamond hole-burning material according to claim 1 or 2, characterized in that annealing is carried out under a vacuum of RR or lower and at a temperature range of 600 to 1400° C. for 1 hour or more.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04204219A (en) * 1990-11-30 1992-07-24 Mitsubishi Electric Corp Analysis of light spectrum
JPH0551434U (en) * 1991-12-19 1993-07-09 ダイセル化学工業株式会社 Flat plate semipermeable membrane module with frame

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