WO2018097764A1 - Гироскоп на nv-центрах в алмазе - Google Patents

Гироскоп на nv-центрах в алмазе Download PDF

Info

Publication number
WO2018097764A1
WO2018097764A1 PCT/RU2017/050029 RU2017050029W WO2018097764A1 WO 2018097764 A1 WO2018097764 A1 WO 2018097764A1 RU 2017050029 W RU2017050029 W RU 2017050029W WO 2018097764 A1 WO2018097764 A1 WO 2018097764A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
diamond
centers
frequency
state
gyroscope
Prior art date
Application number
PCT/RU2017/050029
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Вадим Владиславович ВОРОБЬЕВ
Владимир Владимирович СОШЕНКО
Степан Викторович БОЛЬШЕДВОРСКИЙ
Алексей Владимирович АКИМОВ
Андрей Николаевич СМОЛЯНИНОВ
Original Assignee
Общество С Ограниченной Ответственностью "Сенсор Спин Технолоджис"
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 Общество С Ограниченной Ответственностью "Сенсор Спин Технолоджис" filed Critical Общество С Ограниченной Ответственностью "Сенсор Спин Технолоджис"
Priority to US16/347,811 priority Critical patent/US10890448B2/en
Priority to EP17872976.0A priority patent/EP3546886A4/en
Publication of WO2018097764A1 publication Critical patent/WO2018097764A1/ru

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/58—Turn-sensitive devices without moving masses
    • G01C19/60—Electronic or nuclear magnetic resonance gyrometers
    • G01C19/62—Electronic or nuclear magnetic resonance gyrometers with optical pumping
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C19/00—Gyroscopes; Turn-sensitive devices using vibrating masses; Turn-sensitive devices without moving masses; Measuring angular rate using gyroscopic effects
    • G01C19/02—Rotary gyroscopes
    • G01C19/04—Details

Definitions

  • the invention relates to the field of gyroscopes, namely to quantum gyroscopes.
  • micro-NM gyroscope with a noble gas as a sensing element US20110297372, WO2006069116, US7282910, US20070266784.
  • the principle of operation of a micro-NMR gyroscope is based on measuring the change in the corresponding Larmor frequency of an atomic precession depending on the rotation frequency. By placing an atom in a constant magnetic field and measuring the magnitude of the precession ⁇ x> L, you can determine the frequency of rotation of the device.
  • This gyroscope similar in size to MEMS gyroscopes, has the technical characteristics of fiber-optic gyroscopes and belongs to the category of tactical.
  • NMR gyroscope projects in which instead of gas, the spins of NV color centers in diamond are used as a sensitive element, protected by the following patents US20140327439, US20150090033, CN 201310565956, CN 201310752272.
  • the technical problem solved by the invention is the measurement of the absolute rotation of the sensor element of the sensor.
  • Application of the developed technical solution allows to obtain the following technical results:
  • a gyroscope at NV centers in diamond including a diamond plate, a green light source, an optical system for directing green radiation to a diamond plate, a photo detector for detecting the fluorescence of color centers in a diamond plate, and optical elements that allow directing fluorescence from a diamond plate the photo shows a detector, a microwave source, a radio frequency source, a constant magnetic field source, characterized in that it has an energy
  • a highly efficient microwave antenna that creates a strong longitudinal uniform field in the full volume of the crystal with the possibility of frequency tuning, as well as a system for linking the frequency of the microwave field to the transition in the center of the color.
  • the gyroscope can be designed in such a way that a diamond plate is used in which the concentration of NV centers lies in the range of 1-100 ppm (millionths of a share), the nitrogen concentration is no more than 5 times the concentration of NV centers, and the concentration of other impurities is less than 1 md.
  • the gyroscope can be made in such a way that the structure includes a green light source with a wavelength of 500 nm to 580 nm of a laser or photodiode type with a power of at least 0.1 W and an optical system for directing green radiation to a diamond plate and creating a pump power density at least 10 W / mm, as well as a photodetector for detecting fluorescence of color centers in a diamond plate and optical elements that allow directing fluorescence from a diamond plate to a photodetector, and photodetector is used p, operating in the range of 600-800 nm, having a passband of at least 6 MHz, and providing a signal-to-noise ratio at the output of at least 60 dB.
  • the gyroscope can be designed in such a way that it uses a microwave source with a frequency range of 2.6-3 GHz, modulated in amplitude and frequency, an antenna for creating a microwave field, designed in such a way that it creates a magnetic field of at least 0.3 Gs in the direction along the surface diamond with field uniformity on the plate over 90%.
  • the gyroscope can be designed in such a way that a source of radio frequency radiation with a frequency of up to 10 MHz is used.
  • the gyroscope can be designed in such a way that a constant magnetic field source is used, which allows to create a field of up to 20 G and having a temperature stability above 1 degree per hour.
  • the gyroscope can be made in such a way that it contains a control circuit that provides the formation of signal sequences for controlling the microwave, RF and optical source pumping, frequency field tuning, and also forms feedback to exclude extraneous external influences from the signal.
  • the gyroscope can be made in such a way that the optical elements provide a collection efficiency of fluorescence radiation above 50%.
  • a method for measuring rotation by a quantum sensor with a diamond crystal, comprising a system of an ensemble of NV centers comprising the following steps:
  • FIG. 1 shows a block diagram of a device, and designations are introduced.
  • a controlled sinusoidal signal generator operating in the range of 2..3 GHz (microwave).
  • Microwave amplitude modulator 8.
  • a controlled sinusoidal signal generator operating in the range of 1..50 MHz (RF).
  • a device for generating, recording and processing signals 16.
  • FIG. 2 and 3 a gyroscope device is shown, and designations are introduced. 18.
  • FIG. 5 Scheme of energy levels of the NV-center.
  • FIG. 6 Triplet structure of electron spin resonance, (EPR - ODMR).
  • FIG. 7 microwave antenna for accessing the magnetic sublevels NV.
  • FIG. 8 transition systems for reading nuclear spin and designation of the quantum logical operator CNOT.
  • FIG. 9 rotation of the NV-center.
  • the solid line indicates the axis of rotation, the dotted line indicates the axis NV.
  • the created technical solution includes a method for measuring the absolute speed of rotation of an object, as well as a device that allows you to measure the absolute speed of rotation of an object in space based on an ensemble of NV centers in diamond.
  • the NV center in diamond is a defect in the diamond crystal lattice consisting of impurity nitrogen and a vacancy.
  • NV centers are stable color centers at temperatures of 0-600 K.
  • the method for measuring the absolute rotation speed is based on the detection of the Barry geometric phase of nuclear spins of nitrogen defects Ni 4 and the carbon isotope Ci 3 in the diamond crystal lattice containing NV (-) color defects.
  • the accumulation of the geometric phase occurs if the quantization axis (in this case, the axis of the NV center or the axis of application of the magnetic field) undergoes a rotation in space around the axis that is not aligned with it.
  • the error measurement estimates for such a device are at the level of 10 A -3 Grad / hour, ahead of similarly compact methods for determining rotation by 1 -2 orders of magnitude.
  • the measurement method has the following main steps:
  • the gyro design at NV centers in diamond consists of a diamond plate.
  • a diamond plate must have certain qualities in terms of the content of color centers in it. In the case of using C13 spins, it should have a high content of C13. In the case of using N14, an increased content of NV color centers and a reduced content of C13.
  • the structure includes a green light source (500-580nm), a laser or photo diode type, and an optical system for directing green radiation to a diamond plate.
  • a resonant microwave and RF antenna a source of microwave and RF radiation, which are necessary for effective interaction with electronic and nuclear spins as part of defects in diamond.
  • the device must contain a constant magnetic field source and an electronic computer system for monitoring measurements.
  • a rotation sensor based on the use of the effect of the accumulation of the geometric phase by spins in a diamond crystal with a large number of NV centers in it.
  • FIG. 4 A single NV center is shown in FIG. 4.
  • a separate NV center consists of a nitrogen atom and a vacancy located next to it.
  • a diagram of the electronic energy levels for the orbitals inside the diamond forbidden zone is presented in FIG. 5 left.
  • the NV-center has optical transitions in the visible and infrared range.
  • the main optical transition is associated with the transition of one electron from ex , at the orbitals to ai the orbital is located at a wavelength of 637 nm and also has a phonon-broadened spectral tail.
  • the NV center decays into an unexcited state either through an optical transition or through a metastable state, which does not preserve the spin value, emitting a photon in the infrared range.
  • the probability of a transition through a metastable state depends on the state of the electron spin of the NV center, being maximum for the state with a projection of spin + -1 and minimum for the projection of spin 0.
  • the fluorescence intensity of the NV center in the visible range thus strongly depends on the spin properties of the center (contrast reaches 30%), which is used for optical reading of the state of the spin system.
  • a metastable state that changes spin is not symmetric to the spin state, therefore, ultimately, the spin is polarized to the state with projection 0, realizing the protocol of optical initialization of electron spin.
  • the asymmetry of transitions with respect to the state of the electron spin allows optical initialization of the electron spin.
  • the NV-center has allowed dipole transitions in the microwave range.
  • the unexcited electronic state both electrons are at the ai sublevel
  • Projection degeneracy can be removed by applying a constant magnetic field along the axis of the NV center.
  • the natural line width of the microwave transition at a frequency of 2.87 GHz is about 100-200 kHz, and the distance between the transitions corresponding to different spin states is about 2.1 MHz, thus, in the EPR and ODMR spectra, triplet splitting of states with an electron spin projection of 0 and 1 ( 6).
  • Diamonds with a moderate content of NV defects (1-100 ppm) are best suited.
  • Diamonds produced by NRHT can be used without the use of catalysts, CVD with a controlled moderate content of nitrogen impurities, and the absence of other paramagnetic impurities, such as Ci 3 , as well as natural diamond crystals.
  • To create an ensemble of NV centers in a crystal it is necessary to irradiate under an electron, proton, neutron, or helium beam with a particle energy exceeding 1 MeV. (ZMeV). After irradiation, it is necessary to hold the sample in a vacuum high-temperature furnace.
  • the annealing mode may be different. As an example, annealing is used at a temperature of 800 degrees Celsius for 2 hours. During annealing, vacancies formed during irradiation become mobile and “find” nitrogen impurity atoms in the diamond lattice.
  • a diamond crystal can be polished in accordance with a different crystallographic axis.
  • Commercially available plates have [100], [PO], [111] orientation.
  • the [100] orientation means that the polishing face is perpendicular to the edge of the cube of the face-to-face diamond crystal lattice.
  • Orientation [111] means that the normal to the polishing plane is parallel to the covalent bond in the diamond lattice (see Fig. 4).
  • the magnetic alternating field should be directed perpendicular to the axis of the NV center.
  • the most suitable solution would be the microwave cavity shown in Figure 6.
  • the measurement of rotation is carried out on the basis of measuring the geometric phase of Barry, which is acquired by the quantum moment of the system, the quantization axis of which undergoes rotation in space.
  • a sequence of pulses (microwave, radio frequency, and optical) is used to bring the system into a state with a certain projection of the nuclear spin.
  • This sequence can be different, in particular, an optimal control algorithm (for example, GRAPE algorithm) can be used in order to take into account the influence of uncontrolled environmental interference.
  • GRAPE algorithm for example, GRAPE algorithm
  • Step 2 Control the system while in the measurement state.
  • the phase accumulated between the eigenstates of the energy operator (Hamiltonian) slowly changing in time is called the Berry phase.
  • the system In the case of rotation of the quantization axis of the system around the Z axis at an angle ⁇ to it, the system will acquire a phase depending on the angle ⁇ .
  • the dependence on the angle ⁇ is determined by the specific type of system. And by reading it. In general, the system will experience rotation at an arbitrary angle ⁇ to the axis.
  • the simplest example is an Echo sequence, or spin flipping in the middle of a phase accumulation process. Given that the reason for the accumulation of the phase is constant, the spin flip leads to the accumulation of a similar phase with the opposite sign, as a result of which, the accumulated "noise phase" is compensated. Stage 3. Measurement of the state of the back after a free precession.
  • 0> and ⁇ _ ⁇ 11>, by applying a pulse Pi / 2 at the transition frequency
  • To measure the nuclear spin it is necessary to map the state of the nuclear spin to the electron spin. To do this, use the "single-shot" reading. Its advantage is that it allows you to read the nuclear spin without destroying it.
  • the principle of this mapping is as follows (Fig. 9): dipole-allowed transitions are those for which the total change in spin is not greater than 1. Therefore, transitions preserving the nuclear spin projections are allowed between electronic sublevels.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области гироскопов, а именно, к квантовым гироскопам. Сущность решения заключается в гироскопе на NV-центрах в алмазе, который включает алмазную пластину, источник зеленого света, оптическую систему для направления зеленого излучения на алмазную пластину, фотодетектор для детектирования флюоресценции центров окраски в алмазной пластине, оптические элементы, позволяющие направить флюоресценцию от алмазной пластины на фото детектор, источник сверхвысокочастотного излучения, источник радиочастотного излучения, источник постоянного магнитного поля, отличающийся тем, что имеет энегроэфективную микроволновую антенну, создающую сильное продольное однородное поле в полном объеме кристалла с возможностью перестройки по частоте, а также системой привязки частоты микроволнового поля к переходу в центре окраски. Применение разработанного технического решения позволяет снизить объем чувствительного элемента сенсора, обеспечивает высокую удельную спектральную чувствительность, а также позволяет создать гибридное устройство, включающее в себя датчик измерения трех физических параметров: Зх осевой гироскоп, магнетометр, датчик температуры.

Description

ГИРОСКОП НА NV-ЦЕНТРАХ В АЛМАЗЕ
Изобретение относится к области гироскопов, а именно, к квантовым гироскопам.
Из уровня техники известен micro-NM гироскоп с благородным газом в качестве чувствительного элемента (US20110297372, WO2006069116, US7282910, US20070266784). Принцип работы micro-NMR гироскопа основывается на измерении изменении соответствующей Ларморовской частоты прецессии атома в зависимости от частоты вращения. Помещая атом в постоянное магнитное поле и, измеряя величину прецессии <x>L можно определить частоту вращения устройства. Данный гироскоп, по размерам аналогичный MEMS-гироскопам, обладает техническими характеристиками волоконно-оптических гироскопов и относится к категории тактических. Основным недостатком такого гироскопа является сложность изготовления, большое время инициализации (порядка 100с) необходимое для начала работы сенсора и стоимость изготовления (порядка 100 000$). По данным DARPA гироскопы, основанные на таком принципе будут массово применяться только в 2030 году.
Наиболее близкими к настоящему техническому решению по сущности являются проекты NMR гироскопов, в которых вместо газа в качестве чувствительного элемента используются спины NV-центров окраски в алмазе, защищенные следующими патентами US20140327439, US20150090033, CN 201310565956, CN 201310752272.
Существенные параметры известных аналогов приведены в таблице ниже.
Таблица 1
Figure imgf000003_0001
В качестве прототипа выбирается решение, известное из заявки на патент США N° 20140327439А1. В заявке спиновый гироскоп на NV-центрах. Причём, для увеличения чувствительности и стабильности трёхосного гироскопа использовались радиочастотные катушки и СВЧ копланарные волноводы на алмазной структуре.
Техническая задача
Технической задачей, решаемой изобретением является измерение абсолютного вращения чувствительного элемента сенсора. Применение разработанного технического решения позволяет получить следующие технические результаты:
• Снижение объема чувствительного элемента сенсора: менее 1 куб. см.
• Высокая удельная спектральная чувствительность элемента: 0.3 χ 10-3
Figure imgf000004_0001
• Низкий дрейф чувствительности: ~ 10-3 грд./час
• Возможность создания гибридного устройства, включающего в себя датчик измерения трех физических параметров (Зх осевой гироскоп, магнетометр, датчик температуры).
Решение
Для решения поставленной задачи предлагается гироскоп на NV- центрах в алмазе, включающий алмазную пластину, источник зеленого света, оптическую систему для направления зеленого излучения на алмазную пластину, фотодетектор для детектирования флюоресценции центров окраски в алмазной пластине, оптические элементы, позволяющие направить флюоресценцию от алмазной пластины на фото детектор, источник сверхвысокочастотного излучения, источник радиочастотного излучения, источник постоянного магнитного поля, отличающийся тем, что имеет энергоэффективную микроволновую антенну, создающую сильное продольное однородное поле в полном объеме кристалла с возможностью перестройки по частоте, а также системой привязки частоты микроволнового поля к переходу в центре окраски. Гироскоп может быть выполнен таким образом, что используется алмазная пластина, в которой концентрация NV-центров лежит в диапазоне 1-100 мд (миллионная доля), концентрация азота не более чем в 5 раз превышает концентрацию NV-центров, концентрация остальных примесей - менее 1 мд.
Гироскоп может быть выполнен таким образом, что в состав конструкции входит источник зеленого света с длиной волны от 500 нм до 580 нм лазерного или фотодиодного типа мощностью не менее 0,1 Вт и оптическая система для направления зеленого излучения на алмазную пластину и создания плотности мощности накачки не менее 10 Вт/мм , а также фотодетектор для детектирования флюоресценции центров окраски в алмазной пластине и оптические элементы, позволяющие направить флюоресценцию от алмазной пластины на фотодетектор, причём используется фотодетектор, работающий в диапазоне 600-800 нм, имеющий полосу пропускания не менее 6 МГц, и обеспечивающий соотношение сигнал-шум на выходе не менее 60 дБ.
Гироскоп может быть выполнен таким образом, что используется источник сверхвысокочастотного излучения с диапазоном частот 2.6-3 ГГц, модулируемый по амплитуде и частоте, антенна для создания СВЧ поля, выполненная таким образом, что создаёт магнитное поле не менее 0,3 Гс в направлении вдоль поверхности алмаза с равномерностью поля на пластине более 90%.
Гироскоп может быть выполнен таким образом, что используется источник радиочастотного излучения с частотой до 10 МГц.
Гироскоп может быть выполнен таким образом, что используется источник постоянного магнитного поля, позволяющий создать поле до 20 Гс и имеющий температурную стабильность выше 1 градуса в час.
Гироскоп может быть выполнен таким образом, что содержит управляющую схему, которая обеспечивает формирование сигнальных последовательностей управления СВЧ, РЧ и источником оптической накачки, перестройку частоты полей, а также формирует обратную связь для исключения из сигнала посторонних внешних воздействий.
Гироскоп может быть выполнен таким образом, что оптические элементы обеспечивают эффективность сбора излучения флюоресценции выше 50%.
Для реализации изобретения предлагается метод измерения вращения квантовым датчиком с кристаллом алмаза, содержащего систему из ансамбля NV-центров, включающий следующие этапы:
а. приведение системы из ансамбля NV-центров и окружающих ядерных спинов в состояние, чувствительное к вращению, через N>1 циклов поочередного переноса населенности с состояний с проекцией ядерного спина т: =1,-1 в состояния с проекций ядерного спина равной 0, при этом каждый цикл включает в себя следующую последовательность импульсов i. оптический импульс продолжительностью от 300 до 1500 не для перевода системы в состояние ms=0, и
равномерным распределением 1,-1,0,
ii. СВЧ импульс площадью pi для перевода системы из
состояния ms = 0, m^l в состояние ms = +1, ττΐ[= 1 , iii. РЧ импульс площадью pi для перевода системы из
состояния ms = +1, m^l в состояние ms = +1, ТП[=(),
iv. оптический импульс длительностью от 300 до 1500 не на длине волны 532 некогерентного возбуждения, который сохраняет спиновые состояния ядра в присутствии осенаправленного внешнего магнитного поля и переводит систему в состояние ms = 0, rri[= -1,
v. повторение пунктов ii..iv для системы в состоянии с ms = 0, πΐ[=- 1 ,
vi. повторение N раз пунктов ii..v, где N лежит в диапазоне от 1 до 5000 раз. b. управление системой во время нахождения в состоянии измерения, включающее использование радиочастотных импульсов для фильтрации внешних источников шума, уменьшение влияния температуры и внешнего магнитного поля за счёт проведения измерений на |-1> и | 1> переходах электронного спина, а также измерения магнитного поля, при помощи кристалла алмаза;
c. считывание информации о вращении за счет измерения геометрической фазы Берри, накопленной во время измерения, за счёт следующей последовательности действий
i. приложения радиочастотного импульса Pi/2 на частоте, отстроенной от частоты сверхтонкого расщепления на dF*,
ii. измерение состояние ядерного спина, посредством приложения CNOT оператора на систему электронный спин - ядерный спин, например, с помощью микроволнового импульса площадью Pi, на частоте электронного резонанса, отстроенного на величину сверхтонкого расщепления,
iii. измерение интенсивности отклика флюоресценции.
При реализации метода угол поворота в зависимости от величины отклика определяется по формуле S(w) = 1+R cos(A*F(Th)), где F - функция от угла между осью вращения и осью NV-центра, где функция F является тригонометрической Cos, Sin в зависимости от метода измерения.
Перечень фигур
Изобретение поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена структурная схема устройства, и введены обозначения.
1. Постоянный магнит/система магнитов для создания магнитного поля вдоль оси NV.
2. Излучение оптической накачки. 3. Алмазная пластина с NV-центрами.
4. Излучение оптической накачки+излучение флюоресценции NV- центров.
5. Оптический фильтр для отсечения излучения накачки.
6. Флюоресценция NV-центров.
7. Фотодектор.
8. Управляемый генератор синусоидального сигнала, работающий в диапазоне 2..3ГГц (СВЧ).
9. СВЧ амплитудный модулятор.
10. СВЧ усилитель.
11. СВЧ антенна.
12. Управляемый генератор синусоидального сигнала, работающий в диапазоне 1..50МГц (РЧ).
13. РЧ Амплитудный модулятор.
14. РЧ усилитель.
15. РЧ антенна.
16. Устройство формирования, регистрации и обработки сигналов.
17. Модулируемый источник излучения накачки.
На фиг. 2 и 3 изображено устройство гироскопа, и введены обозначения. 18. Оптический световод или волновод
19. СВЧ катушки Гельмгольца (часть СВЧ антенны[11])
20. Печатная плата
21. Конденсатор на печатной плате, формирующий вместе с катушками резонансную антенну (часть СВЧ антенны[11])
22.Волновод для возбуждения СВЧ антенны (часть СВЧ антенны[11]) 23.Полосковая РЧ антенна.
Фиг. 4 - NV-центр.
Фиг. 5 - Схема энергетических уровней NV-центра.
Фиг. 6 - Триплетная структура резонанса электронного спина, (ЭПР - ОДМР ). Фиг. 7 - СВЧ антенна для обращения к магнитным подуровням NV.
Фиг. 8 - системы переходов для считывания ядерного спина и обозначение квантового логического оператора CNOT.
Фиг. 9 - вращение NV-центра. Сплошной линией обозначена ось вращения, пунктиром - ось NV.
Детальное описание решения
Созданное техническое решение заключает в себя метод измерения абсолютной скорости вращения объекта, а также устройство позволяющее измерять абсолютную скорость вращения объекта в пространстве на основе ансамбля NV-центров в алмазе. NV-центр в алмазе - дефект в кристаллической решетке алмаза, состоящий из примесного азота, и вакансии.
Преимуществами такой системы является высокая надежность, относительно маленькие размеры чувствительного элемента при сравнительно более высоких характеристиках по точности. Более того, в силу естественных особенностей данный метод позволяет сделать детектирование вращения относительно трех осей в одном чувствительном элементе. Также, NV-центры являются стабильными центрами окраски при температурах 0- 600 К.
Метод измерения абсолютной скорости вращения базируется на детектировании геометрической фазы Бэрри ядерных спинов дефектов азота Ni4 и изотопа углерода Ci3 в кристаллической решетке алмаза содержащем NV(-) дефекты окраски. Накопление геометрической фазы происходит, если ось квантования (в данном случае ось NV-центра или ось приложения магнитного поля) претерпевает поворот в пространстве вокруг оси не сонаправ ленной с ней. Оценки измерения погрешности для такого прибора находятся на уровне 10А-3 Град/час, опережая похожие по компактности методы определения вращения на 1 -2 порядка.
Метод измерения имеет следующие основные шаги:
1. Инициализация 2. Приведение системы из ансамбля NV-центров и окружающих ядерных спинов в состояние чувствительное к вращению;
3.Управление системой во время нахождения в состоянии измерения;
4. Считывание информации о вращении за счет измерения геометрической фазы Берри, накопленной во время измерения.
В общем, конструкция гироскопа на NV-центрах в алмазе состоит из алмазной пластины. Алмазная пластина должна обладать определенным качествами по содержанию центров окраски в ней. В случае использования спинов С13 - в ней должно быть повышенное содержание С13. В случае использования N14 - повышенное содержание NV-центров окраски, и пониженное содержание С13. В состав конструкции входит источник зеленого света (500-580нм), лазерного или фото диодного типа, и оптическая система для направления зеленого излучения на алмазную пластину. Фотодетектор для детектирования флюоресценции центров окраски в алмазной пластине и оптические элементы, позволяющие направить флюоресценцию от алмазной пластины на фотодетектор.
Также в состав конструкции изобретения входит резонансная СВЧ и РЧ антенна источник СВЧ и РЧ излучения, которые необходимы для эффективного взаимодействия с электронными и ядерными спинами в составе дефектов в алмазе. Кроме того, устройство должно содержать источник постоянного магнитного поля и электронную вычислительную систему для контроля над измерениями.
Осуществление
Сенсор вращения, основанный на использовании эффекта накопления геометрической фазы спинами в кристалле алмаза с большим количеством NV-центров в нем. NV-центр в алмазе может быть в нескольких зарядных состояниях q = 0, q= -1, q = +1. В рамках данного изобретения используется состояние q = -1.
Одиночный NV-центр представлен на фиг. 4. Отдельный NV-центр состоит из атома азота и вакансии находящейся рядом с ним. NV(-) дефект обладает 6-ю свободными электронами, имеющих суммарным спином S = 1. Схема электронных уровней энергии для орбиталей внутри запрещенной зоны алмаза представлена на фиг. 5 слева.
Система подуровней невозбужденного состояния представлена на фиг. 5 справа.
NV-центр обладает оптическими переходами в видимом и инфракрасном диапазоне. Основной оптический переход связан с переходом одного электрона с ех,у орбиталей на ai орбиталь и находится на длине волны 637 нм а также имеет фононно-уширенный спектральный хвост.
После некогерентного возбуждения NV-центра распадается на невозбужденное состояния либо через оптический переход, либо через метастабильное состояние, не сохраняющий значение спина излучая фотон в ИК диапазоне. Вероятность совершить переход через метастабильное состояние зависит от состояния электронного спина NV-центра, будучи максимальной для состояния с проекцией спина +-1 и минимальной для проекции спина 0. Интенсивность флюоресценции NV-центра в видимом диапазоне таким образом сильно зависит от спиновых свойств центра (контраст достигает 30%), что используется для оптического считывания состояния спиновой системы. Метастабильное состояние меняющее спин, обладает не симметрией к состоянию спина, поэтому в конечном итоге происходит поляризация спина в состояние с проекцией 0, реализуя протокол оптической инициализации электронного спина. Несимметричность переходов по отношению к состоянию электронного спина позволяет производить оптическую инициализацию электронного спина.
Также NV-центр обладает разрешенными дипольными переходами в СВЧ диапазоне. В невозбужденном электронном состоянии (оба электрона находятся на ai подуровне) имеется ненулевое спин спиновое взаимодействие электронов, которое приводит к расщеплению уровня энергии D ~ 2.87 ГГц между состояниями с разной проекцией электронного спина на ось NV (ms=0 и ms=+/- 1) , образующее тонкое расщепление основного состояния. Вырождение по знаку проекции может быть снято при помощи приложения постоянного магнитного поля вдоль оси NV-центра.
Кроме этого каждое из тонких состояний испытывает сверхтонкое расщепление, связанное с взаимодействием электронного спина со спином ядра Ni4. Сверхтонкое расщепление в отсутствии внешних полей составляет от 2.8 до 7.2 Мгц, в зависимости от состояния. Полный Гамильтониан для системы электронного и ядерного спина записывается следующим образом:
(0.1) Hel = DS2-YeBzSz
Figure imgf000012_0001
В свою очередь составляющие гамильтониана ядерного спина записываются как:
Figure imgf000012_0002
HF=-^Yeg^n\W@ e n\2S-I = aisoS-I
S-I-3(s-er)(er-l)
4π г
ΗηΖ=-γΒ Ι
HQ = Q
Параметры гамильтониана могут быть найдены в [L. I. Childress, "Coherent manipulation of single quantum systems in the solid state," no. March, 2007] .
Естественная ширина линии СВЧ перехода на частоте 2.87 ГГц составляет порядка 100-200 кГц, а расстояния между переходами соответствующими разным состояниям спина порядка 2.1 МГц, таким образом, в спектре ЭПР и ОДМР можно наблюдать триплетное расщепление состояний с проекцией электронного спина равной 0 и 1 (фиг.6).
Однако в случае использования ансамбля NV-центров, такие факторы как напряжение в кристалле, примеси Ci3 и неоднородное магнитное поле могут привезти к неоднородному уширению линии СВЧ переходов для разных NV-центров из ансамбля, что может привезти к ухудшению характеристик гироскопа.
Для использования в устройстве лучше всего подходят кристаллы алмаза с умеренным содержанием NV дефектов (1-100 ррт). Могут быть использованы алмазы производства НРНТ без использования катализаторов, CVD с контролируемым умеренным содержанием примесей азота, и отсутствием других парамагнитных примесей, таких как Ci3, а также природные кристаллы алмаза. Для создания ансамбля NV-центров в кристалле необходимо провести облучение под электронным, протонным, нейтронным, или гелиевым пучком, с энергией частиц превышающей 1 МэВ. (ЗМэВ). После облучения, необходимо продержать образец в вакуумной высокотемпературной печи. Режим отжига может быть разный. В качестве примера, используется отжиг при температуре 800 градусов Цельсия в течении 2 часов. В процессе отжига, вакансии, образованные при облучении, становятся подвижными и «находят» азотные примесные атомы в решетке алмаза.
Кристалл алмаза может быть отполирован в соответствии с различной кристаллографической осью. Коммерчески доступные пластины обладают [100], [ПО], [111], ориентацией. Например, ориентация [100] означает, что грань полировки перпендикулярна ребру куба гранецетрической кристаллической решетке алмаза. Ориентация [111] означает, что нормаль к плоскости полировки параллельна ковалентной связи в решетке алмаза (см. фиг. 4). Для эффективного взаимодействия СВЧ излучения с электронным спином, магнитное переменное поле должно быть направлено перпендикулярно оси NV-центра. Наиболее подходящим решением будет СВЧ резонатор изображенный на рисунке 6. Микроволновый резонатор должен обладать необходимой степенью подстраиваемости, для использования на различных частотах, например на переходе Ms = -1 -> 0, или Ms = +1 -> 0. Технология измерения вращения на ядерном спине азота
Измерение вращения осуществляется на базе измерения геометрической фазы Бэрри, которая приобретается квантовым моментом системы, ось квантования которой претерпевает вращение в пространстве. Фаза в данном случае накапливается между состоянием с проекцией спина = +/- 1 и 0 в случае если использует спин азота, и +1/2 и - Vi если используется спин углерода Ci3 или Νι5 (также являющимися примесями в алмазной решетке).
Измерение вращения также возможно наблюдать на электронном спине, но в силу большого гиромагнитного момента электронного спина, он испытывает сильное влияние флуктуаций магнитного поля, которые делают его использование сложным, однако это также возможно использовать для измерения вращения.
Для того чтобы провести описанное выше измерение, необходимо подготовить когерентную суперпозицию состояний ядерного спина, например с проекцией спина |0> и | 1>. Оставить её свободно прецессировать на время t, а затем считать состояния ядерного спина.
Этап 1: Подготовка когерентного состояния ядерного спина
Для начала необходимо провести инициализацию ядерного спина ансамбля NV-центров. Для этого применяется последовательность импульсов (СВЧ, радиочастот и оптических) приводящих систему в состояние с определенной проекцией ядерного спина. Данная последовательность может быть разной, в частности может быть использован алгоритм оптимального управления, (например алгоритм G.R.A.P.E), для того чтобы учесть влияние неконтролируемых помех окружающей среды. Наиболее простой способ инициализировать ядерный спин заключается в применении последовательных импульсов, и использования правил отбора (см. фиг. 5). Начало последовательности - оптическая инициализация электронного спина в состояние с MS = 0, и равномерным распределением М_1. Далее прикладывается СВЧ импульс площадью Pi переносящий населенность с уровня MS = 0, MI = 1 на уровень MS = +1, MI = 1 , далее прикладывается импульс РЧ на частоте перехода MI = 1 -> MI = 0, после чего приклывается оптический импульс, которые переводит состояние в возбужденное состояния, и в следствие в основном спин-сохраняющих оптических переходов, система возвращается в состояние Ms =0, но уже в состояние с проекцией ядерного спина равной Ml =0 и Mi =- 1 (MI = 1 уже перенесена на Ml = 0). Аналогичная процедура проводится для проекции ядерного спина Mi =- 1, в результате чего ядерный спин поляризуется в состояние с Ml = 0.
Для приведения инициализированного состояния спина в состояние когерентной суперпозиции прикладывается Pi/2 импульс на частоте перехода ядерного спина. Данный переход может осуществляться как в состоянии Ms = +/-1 , так и в состоянии Ms = 0
Этап 2. Управление системой во время нахождения в состоянии измерения.
В процессе накопления геометрической фазы, к ядерному спину могут прикладываться различные радиочастотные импульсы для фильтрации внешних источников шума. В качестве примеров таких последовательностей, являются последовательности Echo, XY4, CPMG. Кроме того, для уменьшения влияния температуры и внешнего магнитного поля, необходимо совершать измерения на |-1> и | 1> переходах электронного спина, а также проводить измерения магнитного поля, при помощи этого же кристалла алмаза [ G. de Lange, D. Riste, V. V Dobrovitski, and R. Hanson, "Single-spin magnetometry with multipulse sensing sequences.," Phys. Rev. Lett., vol. 106, no. 8, p. 080802, Feb. 2011].
Фаза набираемая между собственными состояниями оператора энергии (Гамильтониана) медленно меняющего во времени, называется фазой Берри.
В случае вращения оси квантования системы вокруг оси Z под углом Θ к ней, система будет приобретать фазу, зависящую от угла Θ. Зависимость от угла Θ определяется конкретным видом системы. И методом её считывания. В общем случае, система будет испытывать вращение под произвольным углом Θ к оси.
Если привести систему в когерентное суперпозиционное состояние, и привести кристалл во вращение, то по отношению к динамической фазе, вызванной собственным вращением фазы системы, будет накапливаться геометрическая фаза. При измерении набега фазы методами Рамси спектроскопии, этот набег фазы проявляется в смещении сигнала флюоресценции по отношению к «невращающемуся» измерению (фиг. 8), а также, если взять преобразование Фурье от сигнала эксперимента Рамси с отстроенной частотой (Free Induction Decay), в сдвиге центральной частоты сигнала.
Кроме эксперимента спектроскопии Рамси, возможно проведение более сложных экспериментов, в том числе рефокусирующих. Общая идея применения рефокусирующей последовательности в том, что окружающая среда (паразитные парамагнитные примеси и их спины) спинов, изменяется медленней чем проходит одно измерение за время Т1 спинов среды. Однако для получения удовлетворяющего уровня сигнала, необходимо провести серию однотипных экспериментов. В процессе повторения этих измерений окружающая среда начинает меняться, меняя измеряемую величину. Однако если суметь скомпенсировать влияние внешней среды, в процессе одного измерения, то после усреднения результатов повторяемого эксперимента, изменение среды будет исключено. Это можно сделать, в приближении медленно меняющейся окружающей среды за время проведения отдельного измерения. Простейшим примером является Echo последовательность, или переворачивание спина в середине процесса накопления фазы. Учитывая, что причина накопления фазы постоянна, переворот спина, приводит к накоплению аналогичной фазы с противоположным знаком, в результате чего, накопленная «шумовая фаза» компенсируется. Этап 3. Измерение состояния спина после свободной прецессии.
После приобретения фазы между состояниями М_1 = |0> и Μ_Ι = 11> , приложением импульса Pi/2 на частоте перехода |0> -> | 1> разность фаз конвертируется в разность населенностей состояний. Далее, эту разность необходимо конвертировать в измеримый сигнал. В случае NV-центра этим сигналом является оптическая флюоресценция при накачке оптическим излучением в диапазоне 500-600 нм.
Оптическая флюоресценция линейным образом зависит от населенностей состояний электронного спина в силу того, что оптические переходы несимметричные для различных состояний электронного спина, и для состояния спина Ms= +/-1 существует вероятность перейти на темновое метастабильное состояние (как следствие уровень флюоресценции в этом случае падает). Для измерения ядерного спина необходимо провести отображение состояния ядерного спина на электронный спин. Для этого используется метод «сингл-шот» считывание. Его преимущество заключается в том, что он позволяет считывать ядерный спин не разрушая его. Принцип этого отображения в следующем (фиг. 9): дипольно- разрешенные переходы - те, у которых суммарное изменение спина не больше 1. Поэтому, между электронными подуровнями разрешены переходы сохраняющие проекции ядерного спина. Однако, факт перехода системы в состояние с MS = 1 проявляется в уменьшении флюоресценции системы. Таким образом, применяя Pi импульс на частоте одного из переходов (см. фиг. 9) к системе с MS =0 (после предварительной оптической инициализации электронного спина), и следя после этого за флюоресценцией, можно судить о том, в каком состоянии находится ядерный спин системы. Если он находится в состоянии +1 - то импульс на частоте разрешенного дипольного перехода переведет систему в состояние с |Ms = 0, М_1 = +1>, и флюоресценция системы уменьшится. В других случаях флюоресценция системы не изменится.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Гироскоп на NV-центрах в алмазе, включающий алмазную пластину, источник зеленого света, оптическую систему для направления зеленого излучения на алмазную пластину, фотодетектор для детектирования флюоресценции центров окраски в алмазной пластине, оптические элементы, позволяющие направить флюоресценцию от алмазной пластины на фотодетектор, источник сверхвысокочастотного излучения излучения, источник радиочастотного излучения, источник постоянного магнитного поля, отличающийся тем, что имеет энергоэфективную микроволновую антенну, создающую сильное продольное однородное поле в полном объеме кристалла с возможностью перестройки по частоте, а также системой привязки частоты микроволнового поля к переходу в центре окраски.
2. Гироскоп на NV-центрах в алмазе по п. 1, отличающийся тем, что используется алмазная пластина, в которой концентрация NV- центров лежит в диапазоне 1 -100 мд, концентрация азота не более чем в 5 раз превышает концентрацию NV-центров, концентрация остальных примесей - менее 1 мд.
3. Гироскоп на NV-центрах в алмазе по п. п. 1-2, отличающийся тем, что в состав конструкции входит источник зеленого света с длиной волны от 500 нм до 580 нм лазерного или фотодиодного типа мощностью не менее 0,1 Вт и оптическая система для направления зеленого излучения на алмазную пластину и создания плотности мощности накачки не менее 10 Вт/мм , а также фото детектор для детектирования флюоресценции центров окраски в алмазной пластине и оптические элементы, позволяющие направить флюоресценцию от алмазной пластины на фотодетектор, причём используется фотодетектор, работающий в диапазоне 600-800 нм, имеющий полосу пропускания не менее 6 МГц, и обеспечивающий соотношение сигнал-шум на выходе не менее 60 дБ.
4. Гироскоп на NV-центрах в алмазе по п. 3, отличающийся тем, что используется источник сверхвысокочастотного излучения с диапазоном частот 2.6-3 ГГц, модулируемый по амплитуде и частоте, антенна для создания СВЧ поля, выполненная таким образом, что создаёт магнитное поле не менее 0,3 Гс в направлении вдоль поверхности алмаза с равномерностью поля на пластине более 90%.
5. Гироскоп на NV-центрах в алмазе по п. 4, отличающийся тем, что используется источник радиочастотного излучения с частотой до 10 МГц.
6. Гироскоп на NV-центрах в алмазе по п. 5, отличающийся тем, что используется источник постоянного магнитного поля, позволяющий создать поле до 20 Г и имеющий температурную стабильность выше 1 градуса в час.
7. Гироскоп на NV-центрах в алмазе по п. 6, отличающийся тем, что содержит управляющую схему, которая обеспечивает формирование сигнальных последовательностей управления СВЧ, РЧ и источником оптической накачки, перестройку частоты полей, а также формирует обратную связь для исключения из сигнала посторонних внешних воздействий
8. Гироскоп на NV-центрах в алмазе по п. 7, отличающийся тем, что оптические элементы обеспечивают эффективность сбора излучения флюоресценции выше 50%.
9. Метод измерения вращения квантовым датчиком с кристаллом алмаза, содержащего систему из ансамбля NV-центров, включающий следующие этапы:
а. приведение системы из ансамбля NV-центров и окружающих ядерных спинов в состояние, чувствительное к вращению, через N>1 циклов поочередного переноса населенности с состояний с проекцией ядерного спина πΐι =1,-1 в состояния с проекций ядерного спина равной 0, при этом каждый цикл включает в себя следующую последовательность импульсов i. оптический импульс продолжительностью от 300 до 1500 не для перевода системы в состояние ms=0, и
равномерным распределением 1,-1,0,
ii. СВЧ импульс площадью pi для перевода системы из
состояния ms = 0, m^l в состояние ms = +1, rri[= 1 , iii. РЧ импульс площадью pi для перевода системы из
состояния ms = +1, m^l в состояние ms = +1, ТП[=(), iv. оптический импульс длительностью от 300 до 1500 не на длине волны 532 некогерентного возбуждения, который сохраняет спиновые состояния ядра в присутствии осенаправленного внешнего магнитного поля и переводит систему в состояние ms = 0, rri[= -1,
v. повторение пунктов ii..iv для системы в состоянии с ms = 0, т,=- 1 ,
vi. повторение N раз пунктов ii..v, где N лежит в диапазоне от 1 до 5000 раз.
b. управление системой во время нахождения в состоянии измерения, включающее использование радиочастотных импульсов для фильтрации внешних источников шума, уменьшение влияния температуры и внешнего магнитного поля за счёт проведения измерений на |-1> и | 1> переходах электронного спина, а также измерения магнитного поля, при помощи кристалла алмаза;
c. считывание информации о вращении за счет измерения геометрической фазы Берри, накопленной во время измерения, за счёт следующей последовательности действий i. приложения радиочастотного импульса Pi/2 на частоте, отстроенной от частоты сверхтонкого расщепления на dF*,
ii. измерение состояние ядерного спина, посредством приложения CNOT оператора на систему электронный спин - ядерный спин, например, с помощью микроволнового импульса площадью Pi, на частоте электронного резонанса, отстроенного на величину сверхтонкого расщепления,
iii. измерение интенсивности отклика флюоресценции.
Ю.Метод измерения вращения по п. 9, отличающий тем, что угол поворота в зависимости от величины отклика определяется по формуле S(w) = 1+R cos(A*F(Th)), где F - функция от угла между осью вращения и осью NV-центра.
11. Метод измерения вращения по п. 10 отличающий тем, что функция F является тригонометрической Cos, Sin.
PCT/RU2017/050029 2016-11-28 2017-04-24 Гироскоп на nv-центрах в алмазе WO2018097764A1 (ru)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/347,811 US10890448B2 (en) 2016-11-28 2017-04-24 Gyrocope based on nitrogen vacancy centers in diamond
EP17872976.0A EP3546886A4 (en) 2016-11-28 2017-04-24 GYROSCOPE BASED ON NITROGEN EMPTY CENTERS IN DIAMOND

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016116860A RU2661442C2 (ru) 2016-11-28 2016-11-28 Гироскоп на nv-центрах в алмазе
RU2016116860 2016-11-28

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018097764A1 true WO2018097764A1 (ru) 2018-05-31

Family

ID=62195978

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2017/050029 WO2018097764A1 (ru) 2016-11-28 2017-04-24 Гироскоп на nv-центрах в алмазе

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10890448B2 (ru)
EP (1) EP3546886A4 (ru)
RU (1) RU2661442C2 (ru)
WO (1) WO2018097764A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11402210B2 (en) 2019-12-06 2022-08-02 Robert Bosch Gmbh Method for ascertaining the change in a spatial orientation of an NMR gyroscope and an NMR gyroscope

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2022550046A (ja) * 2019-10-02 2022-11-30 エックス デベロップメント エルエルシー 電子スピン欠陥に基づく磁気測定法
CN111568418B (zh) * 2020-06-03 2023-05-26 中北大学 一种基于金刚石nv色心用于心磁测量的磁强计及心磁测量系统
CN111650543B (zh) * 2020-06-16 2022-06-10 宿迁学院 一种基于金刚石nv色心的微波近场矢量测量方法
CN111855432B (zh) * 2020-07-20 2021-03-30 华中科技大学 高温高应变率下钛合金材料应力应变曲线测试装置及方法
CN112083364B (zh) * 2020-07-29 2023-09-08 奥为电子科技(南京)有限公司 一种微波场和温度场阵列式定量测试系统及方法
CN113804941B (zh) * 2021-11-22 2022-08-16 安徽省国盛量子科技有限公司 基于金刚石nv色心的电流测量装置及测量方法
CN114441794B (zh) 2022-04-08 2022-10-04 之江实验室 基于固态原子自旋几何相的光悬浮角速度测量装置与方法
CN116297379B (zh) * 2023-05-25 2023-08-01 安徽省国盛量子科技有限公司 金刚石nv色心探测位置的确定方法及探头的制备方法
CN117705831B (zh) * 2024-02-05 2024-04-26 高速铁路建造技术国家工程研究中心 一种基于微波反射的量子传感器及无损检测方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130090033A1 (en) * 2010-06-07 2013-04-11 Solange Maio MOURA Cap re-usable as interlocking building blocks
CN103557855A (zh) * 2013-11-13 2014-02-05 北京航空航天大学 一种色心金刚石陀螺
CN103743390A (zh) * 2013-12-31 2014-04-23 北京航空航天大学 基于nv-色心金刚石—mems混合结构的陀螺仪及制作方法
US20140327439A1 (en) * 2013-05-01 2014-11-06 Massachusetts Institute Of Technology Stable three-axis nuclear spin gyroscope

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB201015260D0 (en) * 2010-09-14 2010-10-27 Element Six Ltd A microfluidic cell and a spin resonance device for use therewith
GB201107730D0 (en) * 2011-05-10 2011-06-22 Element Six Ltd Diamond sensors, detectors and quantum devices
GB201108644D0 (en) * 2011-05-24 2011-07-06 Element Six Ltd Diamond sensors, detectors, and quantum devices
EP2745360A4 (en) * 2011-08-01 2015-07-08 Univ Columbia CONJUGATES OF NANODIAMANT AND MAGNETIC OR METALLIC PARTICLES
JP6024026B2 (ja) * 2011-10-14 2016-11-09 エレメント シックス テクノロジーズ リミテッド 量子処理装置
GB2515226A (en) * 2012-04-13 2014-12-17 Univ California Gyroscopes based on nitrogen-vacancy centers in diamond
EP2981839A4 (en) * 2013-04-05 2017-01-25 Research Foundation Of The City University Of New York Method and apparatus for polarizing nuclear and electronic spins
US9551763B1 (en) * 2016-01-21 2017-01-24 Lockheed Martin Corporation Diamond nitrogen vacancy sensor with common RF and magnetic fields generator
US10168393B2 (en) * 2014-09-25 2019-01-01 Lockheed Martin Corporation Micro-vacancy center device
US10338162B2 (en) * 2016-01-21 2019-07-02 Lockheed Martin Corporation AC vector magnetic anomaly detection with diamond nitrogen vacancies
US9910105B2 (en) * 2014-03-20 2018-03-06 Lockheed Martin Corporation DNV magnetic field detector
US9541610B2 (en) * 2015-02-04 2017-01-10 Lockheed Martin Corporation Apparatus and method for recovery of three dimensional magnetic field from a magnetic detection system
US9910104B2 (en) * 2015-01-23 2018-03-06 Lockheed Martin Corporation DNV magnetic field detector
US10088452B2 (en) * 2016-01-12 2018-10-02 Lockheed Martin Corporation Method for detecting defects in conductive materials based on differences in magnetic field characteristics measured along the conductive materials
US10006973B2 (en) * 2016-01-21 2018-06-26 Lockheed Martin Corporation Magnetometer with a light emitting diode
GB2550809A (en) * 2015-02-04 2017-11-29 Lockheed Corp Apparatus and method for estimating absolute axes' orientations for a magnetic detection system
GB2562957A (en) * 2016-01-21 2018-11-28 Lockheed Corp Magnetometer with light pipe
WO2017127098A1 (en) * 2016-01-21 2017-07-27 Lockheed Martin Corporation Diamond nitrogen vacancy sensed ferro-fluid hydrophone
WO2017127096A1 (en) * 2016-01-21 2017-07-27 Lockheed Martin Corporation Diamond nitrogen vacancy sensor with dual rf sources
US20170343621A1 (en) * 2016-05-31 2017-11-30 Lockheed Martin Corporation Magneto-optical defect center magnetometer
US10274550B2 (en) * 2017-03-24 2019-04-30 Lockheed Martin Corporation High speed sequential cancellation for pulsed mode
US10228429B2 (en) * 2017-03-24 2019-03-12 Lockheed Martin Corporation Apparatus and method for resonance magneto-optical defect center material pulsed mode referencing
US10677953B2 (en) * 2016-05-31 2020-06-09 Lockheed Martin Corporation Magneto-optical detecting apparatus and methods
US10459041B2 (en) * 2017-03-24 2019-10-29 Lockheed Martin Corporation Magnetic detection system with highly integrated diamond nitrogen vacancy sensor

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130090033A1 (en) * 2010-06-07 2013-04-11 Solange Maio MOURA Cap re-usable as interlocking building blocks
US20140327439A1 (en) * 2013-05-01 2014-11-06 Massachusetts Institute Of Technology Stable three-axis nuclear spin gyroscope
CN103557855A (zh) * 2013-11-13 2014-02-05 北京航空航天大学 一种色心金刚石陀螺
CN103743390A (zh) * 2013-12-31 2014-04-23 北京航空航天大学 基于nv-色心金刚石—mems混合结构的陀螺仪及制作方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3546886A4 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11402210B2 (en) 2019-12-06 2022-08-02 Robert Bosch Gmbh Method for ascertaining the change in a spatial orientation of an NMR gyroscope and an NMR gyroscope

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016116860A (ru) 2018-05-28
EP3546886A4 (en) 2020-06-24
US10890448B2 (en) 2021-01-12
EP3546886A1 (en) 2019-10-02
RU2661442C2 (ru) 2018-07-16
RU2016116860A3 (ru) 2018-05-28
US20190293425A1 (en) 2019-09-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2661442C2 (ru) Гироскоп на nv-центрах в алмазе
US11346904B2 (en) Methods and apparatus for optically detecting magnetic resonance
US10088535B1 (en) System and method for measuring a magnetic gradient field
CN109143121B (zh) 一种基于脉冲调制的微波场定量测试系统及方法
US8947080B2 (en) High sensitivity solid state magnetometer
Budker et al. Nonlinear magneto-optical rotation with frequency-modulated light
Wood et al. Wide-band nanoscale magnetic resonance spectroscopy using quantum relaxation of a single spin in diamond
CN108181594B (zh) 非交换量子几何相位磁强计
RU2684669C1 (ru) Прецизионный твердотельный квантовый гироскоп непрерывного действия на базе спинового ансамбля в алмазе
US20140111198A1 (en) Method and apparatus for implementing eit magnetometry
RU2483316C1 (ru) Способ оптического детектирования магнитного резонанса и устройство для его осуществления
US10901062B2 (en) Synchronized-readout for narrowband detection of time-varying electromagnetic fields using solid state spins
Jaskula et al. Cross-sensor feedback stabilization of an emulated quantum spin gyroscope
Suter Optical detection of magnetic resonance
Weis et al. Magnetic resonance based atomic magnetometers
O’Sullivan et al. Random-access quantum memory using chirped pulse phase encoding
Simpson et al. An optically pumped nuclear magnetic resonance gyroscope
Michal et al. Nuclear spin polarization transfer with a single radio-frequency field in optically pumped indium phosphide
Gawlik et al. Nonlinear magneto-optical rotation magnetometers
RU2654967C1 (ru) Способ измерения характеристик магнитного поля
Pellet-Mary et al. Relaxation Processes in Dipole-Coupled Nitrogen-Vacancy Centers in Zero Field: Application in Magnetometry
Bauch Optimizing Solid-State Spins in Diamond for Nano-to Millimeter-Scale Magnetic Field Sensing
RU2816560C1 (ru) Квантовый магнитометр на основе N2V-центров в алмазе
Teale Magnetometry with ensembles of nitrogen vacancy centers in bulk diamond
US20230384400A1 (en) Detector array system

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17872976

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2017872976

Country of ref document: EP