zhpsЖурнал прикладной спектроскопииZhurnal Prikladnoii Spektroskopii0514-7506B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Scienceszhps-1392Research ArticleСПЕКТРОСКОПИЯ ТВЕРДЫХ ТЕЛSPECTROSCOPY OF SOLIDSИспользование сверхтонкой структуры спектра оптически детектируемого магнитного резонанса одиночного NV-дефекта в алмазе в квантовой сенсорике слабых магнитных полейUse of Ultra-Fine Structure of the Optically Detected Magnetic Resonance Spectrum of a Single NV-Defect in a Diamond in Quantum Sensorics of Weak Magnetic FieldsКукинН. С.KukinN. S.

Серпухов Московской обл., Москва

Serpukhov, Moscow region, Moscow

n.s.kukin@mail.ruМурадоваА. Р.MuradovaA. R.

Серпухов Московской обл., Москва

Serpukhov, Moscow region, Moscow

НикитинА. К.NikitinA. K.

Серпухов Московской обл., Москва

Serpukhov, Moscow region, Moscow

БухтияровА. А.BuhtijarovA. A.

Серпухов Московской обл.

Serpukhov, Moscow region

НизовцевА. П.NizovtsevA. P.

Москва, Минск

Moscow, Minsk

СеменовП. А.SemenovP. A.

Москва

Moscow

ВасильевА. Н.VasilievA. N.

Москва

Moscow

КаргинН. И.KarginN. I.

Москва

Moscow

СмирноваМ. О.SmirnovaM. O.

Москва

Moscow

АНО “Институт инженерной физики”; Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ”ANO “Institute of Engineering Physics”; National Research Nuclear University “MEPhI”АНО “Институт инженерной физики”ANO “Institute of Engineering Physics”Национальный исследовательский ядерный университет “МИФИ”; Институт физики НАН БеларусиNational Research Nuclear University “MEPhI”; B. I. Stepanov Institute Physics of the National Academy of Sciences of BelarusНациональный исследовательский ядерный университет “МИФИ”National Research Nuclear University “MEPhI”202323112023906850855Copyright © Кукин Н.С., Мурадова А.Р., Никитин А.К., Бухтияров А.А., Низовцев А.П., Семенов П.А., Васильев А.Н., Каргин Н.И., Смирнова М.О., 20232023Кукин Н.С., Мурадова А.Р., Никитин А.К., Бухтияров А.А., Низовцев А.П., Семенов П.А., Васильев А.Н., Каргин Н.И., Смирнова М.О.Kukin N.S., Muradova A.R., Nikitin A.K., Buhtijarov A.A., Nizovtsev A.P., Semenov P.A., Vasiliev A.N., Kargin N.I., Smirnova M.O.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://zhps.ejournal.by/jour/article/view/1392

Изучена возможность использования для измерения магнитного поля NV-дефектов в алмазе при комнатной температуре на нанометровых масштабах. Для этих целей обычно применяют образцы с высокой концентрацией NV-центров, что повышает уровень сигнала, но препятствует измерению неоднородного поля в масштабах молекул или наноструктур. Измерены параметры слабого магнитного поля с учетом поля Земли посредством измерения сверхтонкой структуры спектра оптически детектируемого магнитного резонанса для калибровки и определения разрешения датчика магнитного поля на одиночном NV-дефекте.

The possibility of using NV-defects in a diamond at room temperature on nanometer spatial scales to measure the magnetic field has been studied. For these purposes, samples with a high concentration of NV-centers are usually used, which increases the signal level but prevents the measurement of an inhomogeneous field in the scale of molecules or nanostructures. The parameters of a weak magnetic field have been measured taking into account the Earth’s field by measuring the ultrafine structure of the optically detected magnetic resonance spectrum to calibrate and determine the resolution of a magnetic field sensor on a single NV-defect.

NV-центрCVD-алмазоптически детектируемый магнитный резонанссверхтонкое взаимодействиеквантовая сенсорикаNV-centerCVD-diamondoptically detected magnetic resonancehyperfine interactionquantum sensingРабота выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант № 21-42-04416)ReferencesM. W. Dale, G. W. Morley. arXiv preprint arXiv:1705.01994 (2017)M. W. Dale, G. W. Morley. arXiv preprint arXiv:1705.01994 (2017)F. Shi, Q. Zhang, P. Wang, H. Sun, J. Wang, X. Rong, M. Chen, C. Ju, F. Reinhard, H. Chen, J. Wrachtrup, J. Wang, J. Du. Science, 347, N 6226 (2015) 1135—1138F. Shi, Q. Zhang, P. Wang, H. Sun, J. Wang, X. Rong, M. Chen, C. Ju, F. Reinhard, H. Chen, J. Wrachtrup, J. Wang, J. Du. Science, 347, N 6226 (2015) 1135—1138H. Weinstock. SQUID Sensors: Fundamentals, Fabrication and Applications, Springer Dordrecht (2012) 179—235H. Weinstock. SQUID Sensors: Fundamentals, Fabrication and Applications, Springer Dordrecht (2012) 179—235J. Kitching, E. A. Donley. IEEE Sens. J., 11, N 9 (2011) 1749—1758J. Kitching, E. A. Donley. IEEE Sens. J., 11, N 9 (2011) 1749—1758T. Tierney, N. Holmes, S. Mellor, J. D. López, G. Roberts, R. M. Hill, E. Boto, J. Leggett, V. Shah, M. J. Brookes, R. Bowtell, G. R. Barnes. NeuroImage, 199 (2019) 598—608T. Tierney, N. Holmes, S. Mellor, J. D. López, G. Roberts, R. M. Hill, E. Boto, J. Leggett, V. Shah, M. J. Brookes, R. Bowtell, G. R. Barnes. NeuroImage, 199 (2019) 598—608D. Drung, C. Abmann, J. Beyer, A. Kirste, M. Peters, F. Ruede, Th. Schurig. IEEE Transact. Appl. Supercond., 17, N 2 (2007) 699—704D. Drung, C. Abmann, J. Beyer, A. Kirste, M. Peters, F. Ruede, Th. Schurig. IEEE Transact. Appl. Supercond., 17, N 2 (2007) 699—704Y. Kim, I. Savukov. Sci. Rep., 6, N 1 (2016) 24773Y. Kim, I. Savukov. Sci. Rep., 6, N 1 (2016) 24773G. Balasubramanian, I. Y. Chan, R. Kolesov, M. Al-Hmoud, J. Tisler, C. Shin, C. Kim, A. Wojcik, P. R. Hemmer, A. Krueger, T. Hanke, A. Leitenstorfer, R. Bratschitsch, F. Jelezko, J. Wrachtrup. Nature, 455, N 7213 (2008) 648—651G. Balasubramanian, I. Y. Chan, R. Kolesov, M. Al-Hmoud, J. Tisler, C. Shin, C. Kim, A. Wojcik, P. R. Hemmer, A. Krueger, T. Hanke, A. Leitenstorfer, R. Bratschitsch, F. Jelezko, J. Wrachtrup. Nature, 455, N 7213 (2008) 648—651А. П. Низовцев, С. Я. Килин, F. Jelezko, I. Popa, A. Gruber, C. Tietz, J. Wrachtrup. Опт. и спектр., 94, № 6 (2003) 910—920А. П. Низовцев, С. Я. Килин, F. Jelezko, I. Popa, A. Gruber, C. Tietz, J. Wrachtrup. Опт. и спектр., 94, № 6 (2003) 910—920А. П. Низовцев, С. Я. Килин, F. Jelezko, T. Gaebal, I. Popa, A. Gruber, J. Wrachtrup. Опт. и спектр., 99, № 2 (2005) 248—260А. П. Низовцев, С. Я. Килин, F. Jelezko, T. Gaebal, I. Popa, A. Gruber, J. Wrachtrup. Опт. и спектр., 99, № 2 (2005) 248—260J. Wrachtrup, F. Jelezko. J. Phys.: Cond. Matter, 18, N 21 (2006) 807J. Wrachtrup, F. Jelezko. J. Phys.: Cond. Matter, 18, N 21 (2006) 807J. L. Webb, J. D. Clement, L. Troise, S. Ahmadi, G. J. Johansen, A. Huck, U. L. Andersen. Appl. Phys. Lett., 114, N 23 (2019) 231103J. L. Webb, J. D. Clement, L. Troise, S. Ahmadi, G. J. Johansen, A. Huck, U. L. Andersen. Appl. Phys. Lett., 114, N 23 (2019) 231103I. V. Fedotov, L. V. Doronina-Amitonova, D. A. Sidorov-Biryukov, A. B. Fedotov, K. V. Anokhin, S. Ya. Kilin, K. Sakoda, A. M. Zheltikov. Appl. Phys. Lett., 104 (2014) 083702I. V. Fedotov, L. V. Doronina-Amitonova, D. A. Sidorov-Biryukov, A. B. Fedotov, K. V. Anokhin, S. Ya. Kilin, K. Sakoda, A. M. Zheltikov. Appl. Phys. Lett., 104 (2014) 083702S. M. Blakley, I. V. Fedotov, S. Ya. Kilin, A. M. Zheltikov. Opt. Lett., 40, N 16 (2015) 3727—3730S. M. Blakley, I. V. Fedotov, S. Ya. Kilin, A. M. Zheltikov. Opt. Lett., 40, N 16 (2015) 3727—3730S. M. Blakley, I. V. Fedotov, L. V. Amitonova, E. E. Serebryannikov, H. Perez, S. Ya. Kilin, A. M. Zheltikov. Opt. Lett., 41, N 9 (2016) 2057—2060S. M. Blakley, I. V. Fedotov, L. V. Amitonova, E. E. Serebryannikov, H. Perez, S. Ya. Kilin, A. M. Zheltikov. Opt. Lett., 41, N 9 (2016) 2057—2060Н. С. Кукин, А. Р. Мурадова, А. К. Никитин, А. А. Бухтияров, П. А. Семенов, А. Н. Васильев, Н. И. Каргин, М. О. Смирнова, С. А. Терентьев, С. А. Тарелкин, Н. В. Корнилов. ЖЭТФ, 164, № 6 (2023) 1—10Н. С. Кукин, А. Р. Мурадова, А. К. Никитин, А. А. Бухтияров, П. А. Семенов, А. Н. Васильев, Н. И. Каргин, М. О. Смирнова, С. А. Терентьев, С. А. Тарелкин, Н. В. Корнилов. ЖЭТФ, 164, № 6 (2023) 1—10J. H. N. Loubser, J. A. van Wyk. Rep. Progress Phys., 41, N 8 (1978) 1201—1248J. H. N. Loubser, J. A. van Wyk. Rep. Progress Phys., 41, N 8 (1978) 1201—1248L. Robledo, L. Childress, H. Bernien, B. Hensen, P. F. A. Alkemade, R. Hanson. Nature, 477, N 7366 (2011) 574—578L. Robledo, L. Childress, H. Bernien, B. Hensen, P. F. A. Alkemade, R. Hanson. Nature, 477, N 7366 (2011) 574—578

The authors declare that there are no conflicts of interest present.