浮揚ナノダイヤモンドを用いた多次元単一スピン・ナノオプトメカニクス

ナノメカニカルデバイスやナノオプトメカニカルデバイスの開発が大きく進展したことによって、量子効果の観測が可能になるとともに、微小な力に対する感度が向上し、基礎物理をナノスケールで調べる方法が得られた。同時に、量子情報科学からナノスケールセンシングまでさまざまな応用分野において、光学的に利用できるスピン自由度を持つ固体量子発光体が求められている。今回我々は、光双極子トラップ中に1個のナノダイヤモンド（窒素空孔中心を1つ含む）が浮揚するハイブリッド・ナノオプトメカニカル系を実証した。ダイヤモンドの力学的状態は、光トラップポテンシャルを調節することによって制御される。我々は、共振器を持たない機械的振動子の多次元力学運動を窒素空孔中心の蛍光にインプリントし、この機械系の固有スピンを操作できることを実証した。この結果は、光学的な自由度と光子の自由度とスピン自由度に同時に関与する、浮揚ナノ粒子を用いたハイブリッド量子系への第一歩である。