Vector Magnetometry Using a Single NV–13C Complex in Diamond
https://doi.org/10.47612/0514-7506-2022-89-6-807-814
Abstract
A method of vector magnetometry, implemented using a single NV–13C spin system in a diamond, is proposed. The method is based on a priori knowledge of the hyperfine interaction characteristics and on the presence of experimentally measured line positions in the optically detectable magnetic resonance spectrum of such a system. The method was experimentally tested on the NV–13C system, in which the 13С atom is located in the third coordination sphere of the NV center.
About the Authors
A. P. NizovtsevBelarus
Minsk;
Moscow
N. S. Kukin
Russian Federation
Moscow
A. R. Muradova
Russian Federation
Moscow
P. A. Semenov
Russian Federation
Moscow
A. T. Salkazanov
Russian Federation
Moscow
M. O. Smirnova
Russian Federation
Moscow
A. L. Pushkarchuk
Russian Federation
Moscow;
Minsk
A. N. Vasilev
Russian Federation
Moscow
N. I. Kargin
Russian Federation
Moscow
S. Ya. Kilin
Belarus
Minsk
References
1. J. P. Dowling, G. L. Milburn. Phil. Trans. R. Soc. London A, 361 (2003) 1655—1674
2. W. P. Schleich, K. S. Ranade, C. Anton, M. Arndt,•M. Aspelmeyer, M. Bayer,•G. Berg, T. Calarco, H. Fuchs, E. Giacobino,•M. Grassl, P. Hänggi, W. M. Heckl, I. Hertel,•S. Huelga,•F. Jelezko, B. Keimer, J. P. Kotthaus,•G. Leuchs, N. Lütkenhaus,•U. Maurer, T. Pfau, M. B. Plnio, E. M. Rasel, O. Renn, C. Silberhorn, J. Schiedmayer, D. Schmitt-Landsiedel, K. Schönhammer, A. Ustinov, P. Walther, H. Weinfurter, E. Welzl, R. Wiesendanger, S. Wolf, A. Zeilinger, P. Zoller. Appl. Phys. B, 122 (2016) 130
3. J. J. L. Morton, B. W. Lovett. Annu. Rev. Cond. Matter Phys., 2 (2011) 189—212
4. J. R. Weber, W. F. Koehl, J. B. Varley, A. Janotti, B. B. Buckley, C. G. Van de Walle, D. D. Awschalom. Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 107 (2010) 8513—8518
5. D. Awschalom, L. Bassett, A. Dzurak, E. Hu, J. Petta. Science, 339 (2013) 1174—1179
6. D. D. Awschalom, R. Hanson, J. Wrachtrup, B. B. Zhou. Nat. Photon., 12 (2018) 516
7. M. W. Doherty, N. B. Manson, P. Delaney, F. Jelezko, J. Wrachtrup, L. C. L. Hollenberg. Phys. Rep., 528, N 1 (2013) 1—45
8. V. V. Dobrovitski, G. D. Fuchs, A. L. Falk, C. Santori, D. D. Awschalom. Annu. Rev. Cond. Matter Phys., 4, N 1 (2013) 23—50
9. P. Neumann, J. Wrachtrup. Optical Engineering of Diamond, Weinheim, Germany, Wiley-VCH, Wiley (2013) 277
10. L. Rondin, J.-P. Tetienne, T. Hingant, J.-F. Roch, P. Maletinsky, V. Jacques. Rep. Prog. Phys., 77, 2014056503
11. R. Schirhagl, K. Chang, M. Loretz, Ch. L. Degen. Annu. Rev. Phys. Chem., 65 (2014) 83—105
12. P. F. Wang, Z. H. Yuan, P. Huang, X. Rong, M. Q. Wang, X. K. Xu, C. K. Duan, C. Y. Ju, F. Z. Shi, J. F. Du. Nat. Commun., 6 (2015) 6631
13. N. Y. Xu, F. J. Jiang, Y. Tian, J. F. Ye, F. Z. Shi, H. J. Lv, Y. Wang, J. Wrachtrup, J. F. Du. Phys. Rev. B, 93 (2016) 161117
14. C. L. Degen. Appl. Phys. Lett., 92 (2008) 2431
15. K. R. K. Rao, D. Suter. Phys. Rev. B, 94, N 6 (2016) 060101
16. F.-J. Jiang, J.-F. Ye, Z. Jiao, J. Jiang, K. Ma, X. Yan, H. Lv. Chin. Phys. B, 27, N 5 (2018) 057601
17. F.-J. Jiang, J.-F. Ye, Z. Jiao, J. Jiang, K. Ma, X.-H. Yan, H.-J. Lv. Chin. Phys. B, 27, N 5 (2018) 057602
18. A. P. Nizovtsev, S. Ya. Kilin, A. L. Pushkarchuk, V. A. Pushkarchuk, S. A. Kuten, O. A. Zhikol, S. Schmitt, T. Unden, F. Jelezko. New J. Phys., 20, N 2 (2018) 023022
19. Д. А. Варшалович, А. Н. Москалев, В. К. Херсонский. Квантовая теория углового момента, Ленинград, Наука (1975)
20. D. Suter, F. Jelezko. Prog. Nucl. Magn. Res. Spectrosc., 98-99 (2017) 50—62
21. L. Childress, J. McIntyre. Phys. Rev. A, 82 (2010) 033839
22. J. M. Boss, K. Cujia, J. Zopes, C. L. Degen. Science, 356 (2017) 837—840
23. S. Schmitt, T. Gefen, F. M. Stürner, T. Unden, G. Wolff, C. Müller, J. Scheuer, B. Naydenov, M. Markham, S. Pezzagna, J. Meijer, I. Schwarz, M. Plenio, A. Retzker, L. P. McGuinness, F. Jelezko. Science, 356 (2017) 832—837
24. J. Zopes, K. S. Cujia, K. Sasaki, J. M. Boss, K. M. Itoh, C. L. Degen. Nat. Commun., 9 (2018) 4678
25. J. Zopes, K. Herb, K. S. Cujia, C. L. Degen. Phys. Rev. Lett.,121 (2018) 170801
26. M. H. Abobeih, J. Randall, C. E. Bradley, H. P. Bartling, M. A. Bakker, M. J. Degen, M. Markham, D. J. Twitchen, T. H. Taminiau. Nature, 576, N 19 (2019) 411—415
27. H. Oh, J. Yun, M. H. Abobeih, K. Hoon Jung, K. Kim, T. H. Taminiau, D. Kim. Sci. Rep., 10 (2020) 14884
Review
For citations:
Nizovtsev A.P., Kukin N.S., Muradova A.R., Semenov P.A., Salkazanov A.T., Smirnova M.O., Pushkarchuk A.L., Vasilev A.N., Kargin N.I., Kilin S.Ya. Vector Magnetometry Using a Single NV–13C Complex in Diamond. Zhurnal Prikladnoii Spektroskopii. 2022;89(6):807-814. (In Russ.) https://doi.org/10.47612/0514-7506-2022-89-6-807-814