RU2607840C1 - Optical magnetometer - Google Patents

Optical magnetometer Download PDF

Info

Publication number
RU2607840C1
RU2607840C1 RU2015135113A RU2015135113A RU2607840C1 RU 2607840 C1 RU2607840 C1 RU 2607840C1 RU 2015135113 A RU2015135113 A RU 2015135113A RU 2015135113 A RU2015135113 A RU 2015135113A RU 2607840 C1 RU2607840 C1 RU 2607840C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
active material
optical
magnetometer
output
silicon carbide
Prior art date
Application number
RU2015135113A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Роман Андреевич Бабунц
Марина Викторовна Музафарова
Андрей Николаевич Анисимов
Данил Олегович Толмачев
Георгий Владимирович Астахов
Виктор Андреевич Солтамов
Павел Георгиевич Баранов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Priority to RU2015135113A priority Critical patent/RU2607840C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2607840C1 publication Critical patent/RU2607840C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/12Measuring magnetic properties of articles or specimens of solids or fluids
    • G01R33/1284Spin resolved measurements; Influencing spins during measurements, e.g. in spintronics devices
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y35/00Methods or apparatus for measurement or analysis of nanostructures
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N24/00Investigating or analyzing materials by the use of nuclear magnetic resonance, electron paramagnetic resonance or other spin effects
    • G01N24/006Investigating or analyzing materials by the use of nuclear magnetic resonance, electron paramagnetic resonance or other spin effects using optical pumping

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: invention relates to measuring magnetic fields and concerns an optical magnetometer. Magnetometer comprises a low frequency generator, a condenser, at least one electromagnet coil, an active material of the form of a silicon carbide crystal containing at least one spin center based on silicon vacancy with the main quadrupole state placed inside the coil, a direct current source, a synchronous detector, a control unit, an optical system of a semitransparent mirror, a mirror, a light filter, a lens and an objective lense, a laser radiating in the near-infrared region, and a photodetector.
EFFECT: technical result is simplification of the device and enabling its operation in the biological objects transmissions band.
5 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к нанотехнологиям и может быть использовано в области разработки материалов на основе карбида кремния для магнитометрии, квантовой оптики, биомедицины, а также в информационных технологиях, основанных на квантовых свойствах спинов и одиночных фотонов.The invention relates to nanotechnology and can be used in the field of the development of materials based on silicon carbide for magnetometry, quantum optics, biomedicine, as well as in information technologies based on the quantum properties of spins and single photons.

Обнаружение слабых магнитных полей с высоким пространственным разрешением на уровне микро- и нанометров является важной проблемой в различных областях, начиная от фундаментальной физики и материаловедения до хранения данных и биомедицинской науки. Например, на расстоянии 10 нм, спин одного электрона создает магнитное поле около 1 мТл, и соответствующее поле одного протона несколько нТл. Датчик, способный обнаружить такие магнитные поля с нанометровым пространственным разрешением, найдет широкие приложения, начиная от обнаружения сигналов магнитного резонанса от отдельного электронного или ядерного спинов в сложных биологических молекулах, до считывания классических или квантовых битов информации, закодированной в электронной или ядерной спиновой памяти. Особую роль в магнитометрии играют оптические магнитометры.The detection of weak magnetic fields with high spatial resolution at the level of micro- and nanometers is an important problem in various fields, from fundamental physics and materials science to data storage and biomedical science. For example, at a distance of 10 nm, the spin of one electron creates a magnetic field of about 1 mT, and the corresponding field of one proton is several nT. A sensor capable of detecting such magnetic fields with nanometer spatial resolution will find wide applications ranging from the detection of magnetic resonance signals from individual electronic or nuclear spins in complex biological molecules to the reading of classical or quantum bits of information encoded in electronic or nuclear spin memory. A special role in magnetometry is played by optical magnetometers.

После открытия уникальных излучающих свойств NV центров в алмазе, позволяющих оптически детектировать магнитный резонанс в основном состоянии NV центров при комнатной температуре вплоть до регистрации магнитного резонанса на одиночных дефектах (см. A. Gruber, A. Drabenstedt, С. Tietz, L. Fleury, J. Wrachtrup, С. Von Borczyskowski. - Scanning Confocal Optical Microscopy and Magnetic Resonance on Single Defect Centers. - Science, v. 276, pp.-2012-2014, 1997,; J. Wrachtrup, F. Jelezko, Processing quantum information in diamond. - J. Phys.: Condens. Matter, v. 18, S807, 2006), появилась возможность создания оптических квантовых магнитометров для измерения магнитных полей с наноразмерным разрешением. NV центр, представляющий собой вакансию углерода (V), в ближайшей координационной сфере которой один из четырех атомов углерода заменен атомом азота (N), имеет основное триплетное спиновое состояние, населенности спиновых уровней которого селективно заселяются под действием оптического излучения. Принцип магнитометрии с NV центрами основан на оптическом детектировании магнитного резонанса (ОДМР) во внешнем магнитном поле, которое необходимо измерить.After the discovery of the unique emitting properties of NV centers in diamond, which allows optical detection of magnetic resonance in the ground state of NV centers at room temperature until the detection of magnetic resonance on single defects (see A. Gruber, A. Drabenstedt, C. Tietz, L. Fleury, J. Wrachtrup, C. Von Borczyskowski. - Scanning Confocal Optical Microscopy and Magnetic Resonance on Single Defect Centers. - Science, v. 276, pp. 2012-2014, 1997 ;; J. Wrachtrup, F. Jelezko, Processing quantum information in diamond. - J. Phys .: Condens. Matter, v. 18, S807, 2006), it became possible to create optical quantum magnetometers for measuring magnetic fields with nanoscale th resolution. The NV center, which is a carbon (V) vacancy, in the nearest coordination sphere of which one of the four carbon atoms is replaced by a nitrogen (N) atom, has a ground triplet spin state, the populations of the spin levels of which are selectively populated by optical radiation. The principle of magnetometry with NV centers is based on the optical detection of magnetic resonance (ODMR) in an external magnetic field, which must be measured.

Известен оптический магнитометр с использованием NV центров в алмазе, работающий при комнатной температуре (J.М. Taylor, P. Cappellaro, L. Childress, L. Jiang, D. Budker, P.R. Hemmer, A. Yacoby, R. Walsworth, and M.D. Lukin. - Nat. Phys. v. 4, 810, 2008), включающий генератор СВЧ, работающий в диапазоне 2,5-3,0 ГГц, генератор низкой частоты, модулирующий мощность генератора СВЧ, лазер с длиной волны 532 нм, фокусирующую оптическую систему в виде системы линз, зеркал и фильтров, систему регистрации в виде лавинного фотодиода, активный материал в виде наноразмерного кристалла алмаза с NV центрами (нанокристалла), помещенного на зонд атомно-силового микроскопа. Измерения магнитного поля производятся методом оптического детектирования магнитного резонанса (ОДМР) по интенсивности люминесценции, излучаемой NV центрами. Магнитное поле определяется путем измерения частоты магнитного резонанса, которая зависит от зеемановского сдвига спиновых уровней в магнитном поле.Known optical magnetometer using NV centers in diamond, operating at room temperature (J. M. Taylor, P. Cappellaro, L. Childress, L. Jiang, D. Budker, PR Hemmer, A. Yacoby, R. Walsworth, and MD Lukin. - Nat. Phys. V. 4, 810, 2008), including a microwave generator operating in the 2.5-3.0 GHz band, a low frequency generator, modulating microwave generator power, a laser with a wavelength of 532 nm, a focusing optical a system in the form of a system of lenses, mirrors and filters, a registration system in the form of an avalanche photodiode, an active material in the form of a nanoscale diamond crystal with NV centers (nanocrystal ) placed on a probe of an atomic force microscope. The magnetic field is measured by optical magnetic resonance detection (ODMR) using the luminescence intensity emitted by NV centers. The magnetic field is determined by measuring the frequency of magnetic resonance, which depends on the Zeeman shift of spin levels in a magnetic field.

Недостатками известного оптического магнитометра является использование дорогостоящего активного материала, технология получения относительно слабо развита. Кроме того, известный оптический магнитометр работает в видимой области оптического диапазона, который плохо совмещается с волоконной оптикой на основе кремния, а также с полосой прозрачности биологических систем. Использование генератора СВЧ излучения усложняет конструкцию, создает дополнительные шумы, а также приводит к нагреванию объекта исследования. Расщепление тонкой структуры NV центров сильно зависит от окружающей температуры, поэтому необходимы дополнительные устройства для погашения нежелательных температурных воздействий. Использование нанокристалла алмаза требует предварительного нахождения ориентации кристалла в пространстве для определения ориентации NV центров.The disadvantages of the known optical magnetometer is the use of expensive active material, the production technology is relatively poorly developed. In addition, the known optical magnetometer operates in the visible region of the optical range, which is poorly combined with silicon-based fiber optics, as well as with the transparency band of biological systems. The use of a microwave radiation generator complicates the design, creates additional noise, and also leads to heating of the object of study. The splitting of the fine structure of the NV centers is highly dependent on the ambient temperature; therefore, additional devices are needed to repay undesirable temperature effects. The use of a diamond nanocrystal requires preliminary determination of the crystal orientation in space in order to determine the orientation of the NV centers.

Известен оптический магнитометр, основанный на электронных спинах в твердотельной среде, таких как дефекты в кристаллах и полупроводниках, который использует отдельные электронные спины или электронные спиновые системы (см. патент US 8547090, МПК G01R 33/02, опубликован 01.10.2013), включающий генератор СВЧ излучения, с системой создания импульсных последовательностей СВЧ излучения, оптическую систему для сбора и передачи фотонов оптического излучения, активный материал в виде кристалла алмаза, включающего один или несколько NV центров, имеющих один или несколько электронных спинов, источник оптического излучения, например лазер, детектор. При высоких спиновых плотностях необходимы способы и системы для развязки электронных спинов друг от друга и от локальной среды. В магнитометре электронные спины контролируют путем применения к электронным спинам последовательности СВЧ импульсов, которые позволяют динамически уменьшить спин-спиновые взаимодействия и взаимодействия с решеткой.A known optical magnetometer based on electron spins in a solid-state medium, such as defects in crystals and semiconductors, which uses separate electron spins or electronic spin systems (see US Pat. No. 8547090, IPC G01R 33/02, published October 1, 2013), including a generator Microwave radiation, with a system for creating pulsed sequences of microwave radiation, an optical system for collecting and transmitting photons of optical radiation, an active material in the form of a diamond crystal, including one or more NV centers having one Do some of the electron spins, the source of optical radiation, for example laser detector. At high spin densities, methods and systems are needed to decouple electronic spins from each other and from the local medium. In a magnetometer, electronic spins are controlled by applying microwave pulses to electronic spins that dynamically reduce spin-spin interactions and interactions with the lattice.

Недостатками рассматриваемого оптического магнитометра является использование алмазов с NV центрами в качестве активного материала магнитометра, технология получения которого чрезвычайно дорогостоящая и относительно слабо развита. Кроме того, известный оптический магнитометр плохо совмещается с волоконной оптикой на основе кремния, а также с полосой прозрачности биологических систем. Использование генератора СВЧ излучения усложняет конструкцию, создает дополнительные шумы, а также приводит к нагреванию объекта исследования. В известном оптическом магнитометре необходимы дополнительные устройства для погашения нежелательных температурных воздействий.The disadvantages of the considered optical magnetometer are the use of diamonds with NV centers as the active material of the magnetometer, the technology for which is extremely expensive and relatively poorly developed. In addition, the known optical magnetometer is poorly combined with silicon-based fiber optics, as well as with the transparency band of biological systems. The use of a microwave radiation generator complicates the design, creates additional noise, and also leads to heating of the object of study. In the known optical magnetometer, additional devices are needed to repay unwanted temperature effects.

Известен оптический магнитометр на NV дефектах в алмазе (см. патент US 8947080, МПК G01R 33/02; G01R 33/00; G01V 3/08, опубликован 03.02.2015), совпадающий с настоящим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятый за прототип. Оптический магнитометр-прототип включает генератор СВЧ излучения, блок модуляции СВЧ излучения, синхронный детектор, лазер с длиной волны 532 нм, фокусирующую оптическую систему в виде системы линз, зеркал и фильтров, фотоприемник в виде лавинного фотодиода, блок управления, активный материал в виде кристалла алмаза, содержащий по меньшей мере один спиновый NV центр, ось NV центра ориентирована вдоль одной из четырех <111> кристаллографических осей. Активный материал помещен внутрь катушки электромагнита для измерения магнитных полей, создаваемых протяженными или удаленными объектами. Измерения магнитного поля оптическим магнитометром-прототипом осуществляется методом оптического детектирования магнитного резонанса (ОДМР) по интенсивности люминесценции излучаемой NV центрами. Магнитное поле определяют путем измерения частоты магнитного резонанса, которая зависит от зеемановского сдвига спиновых уровней в магнитном поле.Known optical magnetometer on NV defects in diamond (see patent US 8947080, IPC G01R 33/02; G01R 33/00; G01V 3/08, published 02/03/2015), which coincides with this solution for the largest number of essential features and adopted as a prototype . The prototype optical magnetometer includes a microwave radiation generator, a microwave radiation modulation unit, a synchronous detector, a laser with a wavelength of 532 nm, a focusing optical system in the form of a system of lenses, mirrors and filters, a photodetector in the form of an avalanche photodiode, a control unit, an active material in the form of a crystal diamond containing at least one spin NV center, the axis of the NV center is oriented along one of the four <111> crystallographic axes. Active material is placed inside an electromagnet coil to measure the magnetic fields generated by extended or distant objects. The magnetic field is measured by an optical prototype magnetometer using the method of optical magnetic resonance detection (ODMR) by the luminescence intensity emitted by NV centers. The magnetic field is determined by measuring the frequency of magnetic resonance, which depends on the Zeeman shift of spin levels in a magnetic field.

Недостатками рассматриваемого оптического магнитометра является использование алмазов с NV центрами в качестве активного материала магнитометра, технология получения которого дорогостоящая и относительно слабо развита. Оптический магнитометр-прототип работает в видимой области оптического диапазона, который плохо совмещается с волоконной оптикой на основе кремния, а также с полосой прозрачности биологических систем. Применение генератора СВЧ-излучения усложняет конструкцию магнитометра, создает дополнительные шумы, а также приводит к нагреванию объекта исследования. Расщепление тонкой структуры NV центров сильно зависит от окружающей температуры, поэтому оптический магнитометр-прототип содержит дополнительные устройства для погашения нежелательных температурных воздействий.The disadvantages of the considered optical magnetometer is the use of diamonds with NV centers as the active material of the magnetometer, the production technology of which is expensive and relatively poorly developed. The prototype optical magnetometer works in the visible region of the optical range, which does not fit well with silicon-based fiber optics, as well as with the transparency band of biological systems. The use of a microwave radiation generator complicates the design of the magnetometer, creates additional noise, and also leads to heating of the object of study. The splitting of the fine structure of the NV centers is highly dependent on the ambient temperature; therefore, the prototype optical magnetometer contains additional devices to suppress undesirable temperature effects.

Задачей настоящего изобретения является разработка такого оптического магнитометра, который бы был более простым и дешевым в изготовлении, работал в оптическом диапазоне, совместимом с волоконной оптикой и полосой прозрачности биологических объектов.The present invention is the development of such an optical magnetometer, which would be simpler and cheaper to manufacture, worked in the optical range compatible with fiber optics and the transparency band of biological objects.

Поставленная задача решается тем, что оптический магнитометр включает генератор низкой частоты (НЧ), конденсатор, по меньшей мере одну катушку электромагнита, активный материал в виде кристалла карбида кремния, содержащий по меньшей мере один спиновый центр на основе вакансии кремния с основным квадрупольным состоянием, источник постоянного тока для питания катушки электромагнита постоянным током, синхронный детектор, блок управления, лазер, излучающий в ближней инфракрасной (ИК) области, оптически связанный через полупрозрачное зеркало, зеркало и объектив с активным материалом, фотоприемник, оптически соединенный с активным материалом через объектив, зеркало, полупрозрачное зеркало и светофильтр. Первый выход генератора НЧ через конденсатор соединен с катушкой электромагнита, к которой подключен также выход источника постоянного тока, второй выход генератора НЧ соединен с первым входом синхронного детектора, второй вход синхронного детектора подключен к выходу фотоприемника, выход синхронного детектора соединен с входом блока управления, выход которого подключен к входу источника постоянного тока.The problem is solved in that the optical magnetometer includes a low frequency generator (LF), a capacitor, at least one coil of an electromagnet, an active material in the form of a silicon carbide crystal, containing at least one spin center based on a silicon vacancy with a fundamental quadrupole state, source direct current for powering the electromagnet coil with direct current, synchronous detector, control unit, laser emitting in the near infrared (IR) region, optically coupled through a translucent mirror A mirror, a lens and an active material lens, a photodetector optically connected to the active material through a lens, a mirror, a translucent mirror, and a light filter. The first output of the low-frequency generator through a capacitor is connected to an electromagnet coil, to which the DC output is also connected, the second output of the low-frequency generator is connected to the first input of the synchronous detector, the second input of the synchronous detector is connected to the output of the photodetector, the output of the synchronous detector is connected to the input of the control unit, the output which is connected to the input of a DC source.

Активный материал может быть размещен на сканирующем столике конфокального микроскопа с пьезоэлементом, способным осуществлять возвратно-поступательное перемещение в трех взаимно перпендикулярных направлениях.The active material can be placed on a scanning table of a confocal microscope with a piezoelectric element capable of reciprocating movement in three mutually perpendicular directions.

Активный материал может быть выполнен в виде наноразмерного кристалла карбида кремния. Наноразмерный кристалл карбида кремния может быть помещен на зонд атомно-силового микроскопа или на зонд микроскопа ближнего поля.The active material can be made in the form of a nanoscale crystal of silicon carbide. A nanosized crystal of silicon carbide can be placed on a probe of an atomic force microscope or on a probe of a near-field microscope.

Новым в настоящем оптическом магнитометре является выполнение активного материала в виде кристалла карбида кремния, содержащего по меньшей мере один спиновый центр на основе вакансии кремния с основным квадрупольным состоянием; введение с состав магнитометра источника постоянного тока и генератора НЧ, подключенных к катушке электромагнита, а также замена лазера видимого света на лазер, излучающий в ближней ИК- области.New in the present optical magnetometer is the implementation of the active material in the form of a silicon carbide crystal containing at least one spin center based on a silicon vacancy with the ground quadrupole state; introducing from the composition of the magnetometer a direct current source and an LF generator connected to an electromagnet coil, as well as replacing a visible laser with a laser emitting in the near infrared region.

В настоящем оптическом магнитометре вместо оптического детектирования магнитного резонанса с использованием СВЧ-излучения применяется физическое явление антипересечения спиновых уровней в спиновых центрах на основе вакансии кремния с основным квадрупольным состоянием, которое приводит к сильному изменению интенсивности люминесценции в области магнитных полей, близких к точке пересечения спиновых уровней.In the present optical magnetometer, instead of optical detection of magnetic resonance using microwave radiation, the physical phenomenon of antisection of spin levels in spin centers based on a silicon vacancy with the ground quadrupole state is used, which leads to a strong change in the luminescence intensity in the region of magnetic fields close to the intersection point of spin levels .

Спиновые центры на основе вакансии кремния с квадрупольным основным состоянием в карбиде кремния (SiC) известны (см. H. Kraus, V.А. Soltamov, F. Fuchs, D. Simin, A. Sperlich, P.G. Baranov, G.V. Astakhov, V. Dyakonov; Magnetic field and temperature sensing with atomic-scale spin defects in silicon carbide, Scientific Reports, 2014). Наличие физического эффекта оптического выстраивания спинов спиновых центров на основе вакансии кремния с основным квадрупольным состоянием при облучении кристалла карбида кремния ближним инфракрасным (ИК) светом при комнатной температуре позволяет оптически регистрировать магнитный резонанс в основном состоянии спиновых центров при комнатной температуре вплоть до регистрации магнитного резонанса на одиночных спиновых центрах на основе вакансии кремния. Оси ансамбля спиновых центров на основе вакансии кремния с квадрупольным основным состоянием в карбиде кремния ориентированы вдоль гексагональной кристаллографической оси с, в отличие от ансамбля NV центров в алмазе, в котором оси NV центров ориентированы вдоль одной из четырех <111> кристаллографических осей. Спиновый центр на основе вакансии кремния с квадруплетным основным состоянием представляет собой отрицательно-заряженную вакансию кремния (VSi -) со спином S=3/2, взаимодействующую с нейтральной вакансией углерода (VC°), расположенной вдоль гексагональной кристаллографической оси (с - оси) относительно вакансии кремния и не имеющей молекулярной связи с вакансией кремния. При оптическом возбуждении в ближнем ИК-диапазоне (750-850 нм) происходит выстраивание спинов спиновых центров на основе вакансии кремния с основным квадрупленым состоянием, при этом создается неравновесное заполнение спиновых уровней.Spin centers based on a silicon vacancy with a quadrupole ground state in silicon carbide (SiC) are known (see H. Kraus, V. A. Soltamov, F. Fuchs, D. Simin, A. Sperlich, PG Baranov, GV Astakhov, V. Dyakonov; Magnetic field and temperature sensing with atomic-scale spin defects in silicon carbide, Scientific Reports, 2014). The presence of the physical effect of optical alignment of the spins of spin centers based on a silicon vacancy with a ground quadrupole state when a silicon carbide crystal is irradiated with near infrared (IR) light at room temperature makes it possible to optically record magnetic resonance in the ground state of spin centers at room temperature, up to recording magnetic resonance on single spin centers based on a silicon vacancy. The axes of the ensemble of spin centers based on a silicon vacancy with a quadrupole ground state in silicon carbide are oriented along the hexagonal crystallographic axis c, in contrast to the ensemble of NV centers in diamond, in which the axis of the NV centers are oriented along one of the four <111> crystallographic axes. The spin center based on a silicon vacancy with a quadruplet ground state is a negatively charged silicon vacancy (V Si - ) with spin S = 3/2, interacting with a neutral carbon vacancy (V C °) located along the hexagonal crystallographic axis (c - axis ) with respect to the silicon vacancy and not having a molecular bond with the silicon vacancy. Optical excitation in the near infrared range (750–850 nm) results in alignment of the spins of the spin centers on the basis of a silicon vacancy with the ground quadruple state, which creates a nonequilibrium filling of the spin levels.

Настоящее техническое решение поясняется чертежами,This technical solution is illustrated by drawings,

где на фиг. 1 приведена блок-схема настоящего оптического магнитометра; where in FIG. 1 is a block diagram of a true optical magnetometer;

на фиг. 2 схематически показан в аксонометрии узел оптического микроскопа со сканирующим столиком (ФЛ - фотолюминесценция);in FIG. 2 is a schematic perspective view of an optical microscope assembly with a scanning table (PL - photoluminescence);

на фиг. 3 приведены кривые зависимостей интенсивности люминесценции спиновых центров на основе вакансии кремния с основным квадруплетным состоянием кристалла карбида кремния политипа 6Н-SiC от величины постоянного магнитного поля (19 - в отсутствии исследуемого образца; 20 - в присутствии исследуемого образца, магнитное поле которого измеряют; ΔВ - измеренное магнитное поле исследуемого образца).in FIG. Figure 3 shows the curves of the dependences of the luminescence intensity of spin centers based on a silicon vacancy with the main quadruplet state of a silicon carbide crystal of the 6H-SiC polytype on the value of the constant magnetic field (19 - in the absence of the test sample; 20 - in the presence of the test sample, the magnetic field of which is measured; ΔВ - measured magnetic field of the test sample).

Настоящий оптический магнитометр (см. фиг. 1, фиг. 2) содержит генератор НЧ (ГНЧ) 1, конденсатор 2, катушку 3 электромагнита для модуляции магнитного поля и для создания постоянного магнитного поля, активный материал 4 в виде кристалла карбида кремния, содержащий спиновые центры 5 на основе вакансии кремния с основным квадрупольным состоянием, источник 6 постоянного тока (ИПТ) для питания катушки электромагнита, объектив 7, сканирующий столик 8 конфокального микроскопа с пьезоэлементом 9, способный осуществлять возвратно-поступательное перемещение в трех взаимно перпендикулярных направлениях под действием управляющих напряжений пьезоэлемента 9, на котором расположен активный материал 4, содержащий спиновые центры 5 на основе вакансии кремния с основным квадруплетным состоянием, находящиеся вблизи поверхности кристалла, лазер (Л) 10, излучающий свет в ближней инфракрасной области 750-900 нм, полупрозрачное зеркало 11 и зеркало 12, светофильтр 13, линзу 14, синхронный детектор (СД) 15, фотоприемник (ФП) 16, выполненный, например, в виде ФЭУ или фотодиода, и блок управления (БУ) 17. Л10 оптически связан с активным материалом 4 через полупрозрачное зеркало 11, зеркало 12 и объектив 7. ФП 16 оптически соединен с активным материалом 4 через объектив 7, зеркало 12, полупрозрачное зеркало 11 и светофильтр 13 и линзу 14. Первый выход ГНЧ 1 через конденсатор 2 соединен с катушкой 3 электромагнита, к которой подключен также выход ИПТ 6. Второй выход ГНЧ 1 соединен с первым входом СД 15, второй вход СД 15 подключен к выходу ФП 16, выход СД 15 соединен с входом БУ 17, выход БУ 17 подключен к входу ИПТ 6. Исследуемый образец 18 во время измерений располагают на активном материале 4. Оптическое возбуждение и регистрация люминесценции спиновых центров 5 на основе вакансии кремния с основным квадрупольным состоянием может осуществляться с помощью стандартного конфокального микроскопа, если требуется 2D или 3D сканирование малого оптически возбуждаемого объема (вплоть до 0,2 мкм). Возможно также применение технологии STED (stimulated emission depletion microscopy) - (Willig, K.I., Rizzoli, S.O., Westphal, V., Jahn, R., Hell, S.W.: STED microscopy reveals that synaptotagmin remains clustered after synaptic vesicle exocytosis. Nature 440, 935-939, 2006), где оптически возбуждаемый и излучаемый объем активного материала 4 может быть ограничен вплоть до нескольких нм. Активный материал 4 в виде кристалла карбида кремния, вырезанного в виде пластины с плоскостью, перпендикулярной гексагональной кристаллографической оси с (стандартная форма для пластин карбида кремния), содержащий спиновые центры 5 на основе вакансии кремния с основным квадрупольным состоянием, находящиеся вблизи поверхности пластины активного материала 4, размещают на сканирующем столике 8 с пьезоэлементом 9, способным осуществлять возвратно-поступательное перемещение в трех взаимно перпендикулярных направлениях (фиг. 2). В этом случае область активного материала 4 со спиновыми центрами 5 на основе вакансии кремния с основным квадрупольным состоянием, возбуждаемая сфокусированным лучом лазера 10, будет сканироваться в плоскости, перпендикулярной лазерному лучу. Активный материал 4 может быть выполнен в виде наноразмерного кристалла карбида кремния, содержащего спиновые центры 5 на основе вакансии кремния с основным квадрупольным состоянием.The present optical magnetometer (see Fig. 1, Fig. 2) contains an LF generator (LFO) 1, a capacitor 2, an electromagnet coil 3 for modulating the magnetic field and for creating a constant magnetic field, the active material 4 in the form of a silicon carbide crystal containing spin centers 5 based on a silicon vacancy with a basic quadrupole state, a direct current source (DC) 6 for powering an electromagnet coil, a lens 7, a scanning stage 8 of a confocal microscope with a piezoelectric element 9, capable of performing a reciprocating movement in three mutually perpendicular directions under the action of control voltages of the piezoelectric element 9, on which the active material 4 is located, containing spin centers 5 based on a silicon vacancy with the ground quadruplet state, located near the crystal surface, a laser (L) 10 emitting light in the near infrared region 750-900 nm, a translucent mirror 11 and a mirror 12, a light filter 13, a lens 14, a synchronous detector (SD) 15, a photodetector (FP) 16, made, for example, in the form of a photomultiplier or a photodiode, and a control unit (BU) 17. L10 optically is engaged with the active material 4 through a translucent mirror 11, a mirror 12 and a lens 7. FP 16 is optically connected to the active material 4 through a lens 7, a mirror 12, a translucent mirror 11 and a filter 13 and a lens 14. The first output of the LFO 1 through a capacitor 2 is connected to an electromagnet coil 3, to which IPT 6 output is also connected. The second LFO output 1 is connected to the first input of LED 15, the second input of LED 15 is connected to the output of FP 16, the output of LED 15 is connected to the input of BU 17, the output of BU 17 is connected to the input of IPT 6 . The test sample 18 during measurements is placed on the active ma eriale 4. Optical excitation and luminescence spin centers register 5 based on the silicon vacancies with the main quadrupole state can be carried out using a standard confocal microscope, if required 2D or 3D scan optically excited small amount (up to 0.2 microns). It is also possible to use STED (stimulated emission depletion microscopy) technology - (Willig, KI, Rizzoli, SO, Westphal, V., Jahn, R., Hell, SW: STED microscopy reveals that synaptotagmin remains clustered after synaptic vesicle exocytosis. Nature 440, 935-939, 2006), where the optically excited and radiated volume of the active material 4 can be limited up to several nm. Active material 4 in the form of a silicon carbide crystal cut out in the form of a plate with a plane perpendicular to the hexagonal crystallographic axis c (the standard form for silicon carbide plates) containing spin centers 5 based on a silicon vacancy with the ground quadrupole state located near the surface of the active material plate 4 , placed on a scanning table 8 with a piezoelectric element 9, capable of reciprocating movement in three mutually perpendicular directions (Fig. 2). In this case, the region of the active material 4 with spin centers 5 based on the silicon vacancy with the ground quadrupole state, excited by the focused beam of the laser 10, will be scanned in a plane perpendicular to the laser beam. The active material 4 can be made in the form of a nanoscale crystal of silicon carbide containing spin centers 5 based on a silicon vacancy with a ground quadrupole state.

Настоящий оптический магнитометр работает следующим образом.This optical magnetometer operates as follows.

Переменный ток от ГНЧ 1 подают через конденсатор 2 на катушку 3 электромагнита, создавая вокруг активного материала 4 и исследуемого образца 18 переменное магнитное поле. Для получения постоянной компоненты магнитного поля (смещения) на катушку 3 электромагнита подают постоянное напряжение от ИПТ 6. Это дает возможность получения как отдельно переменного или постоянного магнитных полей, так и их сочетания, при этом используют одну и ту же катушку 3 электромагнита, что исключает несовпадение направлений переменного и постоянного магнитных полей. Модуляция магнитного поля позволяет использовать синхронное детектирование для регистрации магнитного отклика сигнала в виде производной. Оптическую накачку осуществляют Л 10 (например, с длиной волны 795 или 805 нм), излучение которого направляют полупрозрачным зеркалом 11 и зеркалом 12 и фокусируют на активный материал 4 при помощи объектива 7 микроскопа. С помощью луча Л 10, фокусируемого объективом 7, выделяют возбуждаемый объем активного материала 4 (кристалла карбида кремния), близкий к верхней поверхности активного материала 4 и содержащий спиновые центры 5 на основе вакансии кремния с основным квадрупольным состоянием, условно показанные на фиг. 2. Этот выделенный объем, который при использовании конфокальной оптики может быть уменьшен до поперечного диаметра 0,3 мкм, а с помощью методики подавления спонтанного испускания (stimulated emission depletion microscopy STED) до нанометровых размеров, находится в тонком слое спиновых центров 5 в активном материале 4, которые располагаются в тесном контакте с исследуемым образцом 18, распределение локальных магнитных полей в котором предполагается измерить. Люминесцентное излучение спиновых центров 5 через тот же объектив 7 и зеркало 12 и полупрозрачное зеркало 11 поступает на светофильтр 13, который отсекает лазерное излучение, и затем при помощи линзы 14 фокусируется на ФП 16. Трехкоординатный (способный осуществлять возвратно-поступательное перемещение в трех взаимно перпендикулярных направлениях) сканирующий столик 8 с пьезоэлементом 9 позволяет осуществить точную фокусировку излучения лазера на активном материале 4, а также сканировать как в плоскости XY, так и в плоскостях XZ или YZ и таким образом прецизионно настраивать оптический магнитометр при работе с активном материалом 4 с малой концентрацией спиновых центров 5. Сигнал с ФП 16, например, в виде ФЭУ, фотодиода или лавинного фотодиода подают на СД 15, на который также поступает опорная частота от ГНЧ 1. БУ 17 задает необходимые значения переменного и постоянного магнитного полей и регистрирует изменение фотолюминесценции в момент антипересечения спиновых уровней с выхода СД 15. В области изменения интенсивности люминесценции снимают первую кривую зависимости интенсивности люминесценции от величины постоянного магнитного поля. Затем описанные выше операции выполняют с помещением исследуемого образца 18 на активный материал 4, в области изменения интенсивности люминесценции снимают вторую кривую зависимости интенсивности люминесценции от величины постоянного магнитного поля. Определяют величину магнитного поля, создаваемого исследуемым образцом 18 в точке фокуса лазерного излучения Л 10 по величине горизонтального сдвига второй кривой относительно первой кривой. При проведении измерений градиента магнитного поля в исследуемом образце 18 производят пространственное сканирование исследуемого образца 18 в поперечной лазерному излучению Л 10 плоскости и измеряют величину постоянного магнитного поля в каждой точке сканирования. Затем строят график пространственного распределения локальных магнитных полей в исследуемом образце 18 и вычисляют градиент магнитных полей.Alternating current from the LFO 1 is supplied through a capacitor 2 to an electromagnet coil 3, creating an alternating magnetic field around the active material 4 and the test sample 18. To obtain a constant component of the magnetic field (bias) to the coil 3 of the electromagnet, a constant voltage is supplied from the IPT 6. This makes it possible to obtain both separately variable or constant magnetic fields, and their combination, while using the same coil 3 of the electromagnet, which eliminates mismatch of the directions of alternating and constant magnetic fields. Modulation of the magnetic field allows the use of synchronous detection to record the magnetic response of the signal in the form of a derivative. Optical pumping is carried out by L 10 (for example, with a wavelength of 795 or 805 nm), the radiation of which is directed by a translucent mirror 11 and mirror 12 and focused on the active material 4 using a microscope objective 7. Using the beam L 10 focused by the lens 7, an excited volume of active material 4 (silicon carbide crystal) is extracted, which is close to the upper surface of the active material 4 and contains spin centers 5 based on a silicon vacancy with the ground quadrupole state, conventionally shown in FIG. 2. This allocated volume, which can be reduced to a transverse diameter of 0.3 μm using confocal optics, and using the stimulated emission depletion microscopy STED method to nanometer sizes, is in a thin layer of spin centers 5 in the active material 4, which are located in close contact with the test sample 18, the distribution of local magnetic fields in which it is supposed to be measured. The luminescent radiation of the spin centers 5 through the same lens 7 and the mirror 12 and the translucent mirror 11 enters the filter 13, which cuts off the laser radiation, and then with the help of the lens 14 focuses on the FP 16. Three-coordinate (capable of reciprocating in three mutually perpendicular directions) a scanning table 8 with a piezoelectric element 9 allows precise focusing of laser radiation on the active material 4, as well as scan both in the XY plane and in the XZ or YZ planes and so on to adjust the optical magnetometer precisely when working with active material 4 with a low concentration of spin centers 5. The signal from FP 16, for example, in the form of a photomultiplier, photodiode, or avalanche photodiode, is fed to LED 15, which also receives the reference frequency from LFO 1. BU 17 sets the necessary values of the alternating and constant magnetic fields and registers the change in photoluminescence at the moment of antisection of the spin levels from the output of LED 15. In the region of variation in the luminescence intensity, the first curve of the dependence of the intensity luminescence on the constant magnetic field. Then, the operations described above are performed with the test sample 18 being placed on the active material 4, and in the region of variation in the luminescence intensity, a second curve of the dependence of the luminescence intensity on the constant magnetic field is taken. The magnitude of the magnetic field generated by the test sample 18 at the focal point of the laser radiation L 10 is determined by the horizontal shift of the second curve relative to the first curve. When measuring the gradient of the magnetic field in the test sample 18, a spatial scan of the test sample 18 is performed in the plane transverse to the laser radiation L 10 and the magnitude of the constant magnetic field is measured at each scanning point. Then build a graph of the spatial distribution of local magnetic fields in the sample 18 and calculate the gradient of the magnetic fields.

Работа настоящего оптического магнитометра осуществляется с использованием синхронного детектирования, при этом используют осциллирующее магнитное поле с низкой частотой модуляции в диапазоне от десятков герц до десятков килогерц, амплитуда модуляции может изменяться в зависимости от ширины сигналов от 0,01 мТл до 0,1 мТл, и в результате сигналы ФД 16 модулируются на первой гармонике с использованием синхронного детектирования.The operation of this optical magnetometer is carried out using synchronous detection, using an oscillating magnetic field with a low modulation frequency in the range from tens of hertz to tens of kilohertz, the modulation amplitude can vary depending on the signal width from 0.01 mTl to 0.1 mT, and as a result, the PD 16 signals are modulated at the first harmonic using synchronous detection.

Настройка оптического магнитометра с помощью подачи постоянного магнитного поля осуществлялась таким образом, чтобы нулевой сигнал с СД 15 был в центре резонанса, обусловленного антипересечением магнитных уровней, и этот сигнал с СД 15 дал бы самый высокий магнитный отклик при изменении локального магнитного поля.The optical magnetometer was tuned by applying a constant magnetic field in such a way that the zero signal from LED 15 was at the center of the resonance caused by the anti-intersection of magnetic levels, and this signal from LED 15 would give the highest magnetic response when the local magnetic field changes.

На фиг. 3 приведены первая и вторая кривые зависимостей интенсивности люминесценции спиновых центров на основе вакансии кремния с основным квадрупольным состоянием кристалла карбида кремния политипа 6H-SiC от величины постоянного магнитного поля. Измерения проводили при комнатной температуре по изменению интенсивности люминесценции в области 850-950 нм, возбуждаемой лазером, величина амплитуды модуляции магнитного поля 0,01 мТл, частота 80 Гц. Возможная величина определения локальных магнитных полей в пятне оптического возбуждения с диаметром порядка 0,3 мкм, достигаемого с помощью конфокального микроскопа, порядка 500 нТл при времени измерения сигнала 1 с (500 нТл√Гц).In FIG. Figure 3 shows the first and second curves of the dependence of the luminescence intensity of spin centers based on a silicon vacancy with the ground quadrupole state of a silicon carbide crystal of the 6H-SiC polytype on the value of the constant magnetic field. The measurements were carried out at room temperature by changing the luminescence intensity in the region of 850-950 nm excited by a laser, the magnitude of the magnetic field modulation amplitude was 0.01 mT, and the frequency was 80 Hz. The possible value of determining local magnetic fields in an optical excitation spot with a diameter of about 0.3 μm, achieved with a confocal microscope, is about 500 nT with a signal measurement time of 1 s (500 nT / Hz).

Основным достоинством настоящего магнитометра является отсутствие высокочастотного блока в виде генератора СВЧ-излучения, системы подачи СВЧ-излучения на активный материал и системы регистрации ОДМР на частоте модуляции мощности СВЧ генератора. При этом исключаются помехи, создаваемые СВЧ генератором, а также нагревание активного материала и объекта исследования СВЧ-излучением. Отсутствие СВЧ системы позволяет помещать активный материал на металлические подложки, а также изучать магнитные поля в проводящих средах.The main advantage of this magnetometer is the absence of a high-frequency unit in the form of a microwave radiation generator, a system for supplying microwave radiation to the active material, and an ODMR registration system at the frequency modulation power of the microwave generator. This eliminates the interference caused by the microwave generator, as well as the heating of the active material and the object of study by microwave radiation. The absence of a microwave system allows you to place the active material on metal substrates, as well as to study magnetic fields in conductive media.

Claims (5)

1. Оптический магнитометр, включающий генератор низкой частоты (НЧ), конденсатор, по меньшей мере одну катушку электромагнита, активный материал виде кристалла карбида кремния, содержащий по меньшей мере один спиновый центр на основе вакансии кремния с основным квадрупольным состоянием, помещенный внутрь катушки, источник постоянного тока, синхронный детектор, блок управления, лазер, излучающий в ближней инфракрасной области, оптически связанный с активным материалом через полупрозрачное зеркало, зеркало и объектив, фотоприемник, оптически соединенный с активным материалом через объектив, зеркало, полупрозрачное зеркало и светофильтр, при этом первый выход генератора НЧ через конденсатор соединен с катушкой электромагнита, к которой подключен также выход источника постоянного тока, второй выход генератора НЧ соединен с первым входом синхронного детектора, второй вход синхронного детектора подключен к выходу фотоприемника, выход синхронного детектора соединен с входом блока управления, выход которого подключен к входу источника постоянного тока.1. An optical magnetometer including a low-frequency generator (LF), a capacitor, at least one coil of an electromagnet, an active material in the form of a silicon carbide crystal, containing at least one spin center based on a silicon vacancy with a fundamental quadrupole state, placed inside the coil, source direct current, synchronous detector, control unit, laser emitting in the near infrared region, optically coupled to the active material through a translucent mirror, mirror and lens, photodetector, optical connected to the active material through a lens, a mirror, a translucent mirror and a filter, while the first output of the LF generator through a capacitor is connected to an electromagnet coil, to which the output of the DC source is also connected, the second output of the LF generator is connected to the first input of the synchronous detector, the second input the synchronous detector is connected to the output of the photodetector, the output of the synchronous detector is connected to the input of the control unit, the output of which is connected to the input of the DC source. 2. Магнитометр по п. 1, отличающийся тем, что активный материал размещен на сканирующем столике конфокального микроскопа с пьезоэлементом, способным осуществлять возвратно-поступательное перемещение в трех взаимно перпендикулярных направлениях.2. The magnetometer according to claim 1, characterized in that the active material is placed on a scanning table of a confocal microscope with a piezoelectric element capable of reciprocating movement in three mutually perpendicular directions. 3. Магнитометр по п. 1, отличающийся тем, что активный материал выполнен в виде наноразмерного кристалла карбида кремния.3. The magnetometer according to claim 1, characterized in that the active material is made in the form of a nanoscale crystal of silicon carbide. 4. Магнитометр по п. 3, отличающийся тем, что активный материал в виде наноразмерного кристалла карбида кремния помещен на зонд атомно-силового микроскопа.4. The magnetometer according to claim 3, characterized in that the active material in the form of a nanoscale crystal of silicon carbide is placed on a probe of an atomic force microscope. 5. Магнитометр по п. 3, отличающийся тем, что активный материал в виде наноразмерного кристалла карбида кремния помещен на зонд микроскопа ближнего поля.5. The magnetometer according to claim 3, characterized in that the active material in the form of a nanoscale crystal of silicon carbide is placed on a near-field microscope probe.
RU2015135113A 2015-08-19 2015-08-19 Optical magnetometer RU2607840C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015135113A RU2607840C1 (en) 2015-08-19 2015-08-19 Optical magnetometer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015135113A RU2607840C1 (en) 2015-08-19 2015-08-19 Optical magnetometer

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2607840C1 true RU2607840C1 (en) 2017-01-20

Family

ID=58456063

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015135113A RU2607840C1 (en) 2015-08-19 2015-08-19 Optical magnetometer

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2607840C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2691774C1 (en) * 2018-06-28 2019-06-18 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук Optical magnetometer
RU2691775C1 (en) * 2018-06-28 2019-06-18 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук Optical magnetometer
WO2021067587A1 (en) * 2019-10-02 2021-04-08 X Development Llc Magnetometry based on electron spin defects
RU2776466C1 (en) * 2021-11-01 2022-07-21 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук" (ИПФ РАН) Optical magnetometer

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1235325A1 (en) * 1984-08-01 1987-12-07 Физико-технический институт им.А.Ф.Иоффе Method of registering electron paramagnetic resonance signals in solid body
US8947080B2 (en) * 2007-12-03 2015-02-03 President And Fellows Of Harvard College High sensitivity solid state magnetometer
US20150192532A1 (en) * 2014-01-08 2015-07-09 Massachusetts Institute Of Technology Methods and apparatus for optically detecting magnetic resonance

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1235325A1 (en) * 1984-08-01 1987-12-07 Физико-технический институт им.А.Ф.Иоффе Method of registering electron paramagnetic resonance signals in solid body
US8947080B2 (en) * 2007-12-03 2015-02-03 President And Fellows Of Harvard College High sensitivity solid state magnetometer
US20150192532A1 (en) * 2014-01-08 2015-07-09 Massachusetts Institute Of Technology Methods and apparatus for optically detecting magnetic resonance

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
H. Kraus и др. "Magnetic field and temperature sensing with atomic-scale spin defects in silicon carbide", SCIENTIFIC REPORTS, No.4, 2014 г., стр.5303-1 - 5303-8. *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2691774C1 (en) * 2018-06-28 2019-06-18 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук Optical magnetometer
RU2691775C1 (en) * 2018-06-28 2019-06-18 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук Optical magnetometer
WO2021067587A1 (en) * 2019-10-02 2021-04-08 X Development Llc Magnetometry based on electron spin defects
US11733321B2 (en) 2019-10-02 2023-08-22 X Development Llc Magnetometry based on electron spin defects
RU2776466C1 (en) * 2021-11-01 2022-07-21 Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук" (ИПФ РАН) Optical magnetometer

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11448676B2 (en) Spin-based electrometry with solid-state defects
CN109143121B (en) Microwave field quantitative test system and method based on pulse modulation
US8904561B2 (en) Mechanical detection of Raman resonance
EP2837930A1 (en) Method for detecting the magnitude of a magnetic field gradient
US10762954B2 (en) Quantum metrology and quantum memory using defect sates with spin-3/2 or higher half-spin multiplets
RU2483316C1 (en) Method for optical detection of magnetic resonance and apparatus for realising said method
RU2607840C1 (en) Optical magnetometer
Chatzidrosos et al. Fiberized diamond-based vector magnetometers
RU2601734C1 (en) Method of measuring magnetic field
WO2019095102A1 (en) Quantum sensor using rare earth ion doped optical crystal and use thereof
RU2691775C1 (en) Optical magnetometer
Backlund et al. Diamond-based magnetic imaging with fourier optical processing
RU2617293C1 (en) Method of measuring temperature
CN114114096A (en) Microwave-free diamond NV color center magnetometer based on magnetic flux collector
JP2022553161A (en) Processes, devices and systems for measuring measured variables
Anisimov et al. Physical foundations of an application of scanning probe with spin centers in SiC for the submicron quantum probing of magnetic fields and temperatures
RU2691774C1 (en) Optical magnetometer
RU2617194C1 (en) Optical quantum thermometer
RU2695593C1 (en) Method of measuring magnetic field
RU2691766C1 (en) Method of measuring temperature
Anisimov et al. An optical quantum magnetometer with submicron resolution based on the level anticrossing phenomenon
Babunts et al. Diagnostics of NV defect structure orientation in diamond using optically detected magnetic resonance with a modulated magnetic field
RU2776466C1 (en) Optical magnetometer
Lekavicius et al. Magnetometry Based on Silicon-Vacancy Centers in Isotopically Purified 4 H-SiC
Sti Building a Combined Brightfield and Confocal Quantum Diamond Microscope for Imaging of Magnetic Samples

Legal Events

Date Code Title Description
TK4A Correction to the publication in the bulletin (patent)

Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL: 02-2017 FOR TAG: (45)