Microscale sensing with NV centers in diamond

Abstract

Negatīvi lādētais slāpekļa vakances (NV) centrs dimantā ir cietvielu defekts, kam piemīt izcilas spina koherences īpašības pat istabas temperatūrā un kura spina stāvokli iespējams viegli nolasīt optiski. Šajā darbā tika pētīta NV centra relaksācijas īpašības, un defekta-kā-sensora veiktspēja. Eksperimentālie dati liecināja par spēcīgu NV-NV dipola-dipola mijiedarbības lomu T1 relaksācijas procesos augstas koncentrācijas NV centros. Tika identificēti vairāki uzlabojumi NV magnētiskā mikroskopa eksperimentālajā dimantā un visbeidzot tika uzņemts pirms divdimensiju KMR spektrs ar NV KMR spektrometru spiniem, kas atrodas ārpus dimanta matricas. Cik es zinu, šis ir pirmais publicētais šāda tipa eksperimentālais rezultāts. Atslēgas vārdi: cietvielu defekts, kvantu metroloģija, kodolu magnētiskā rezonanse, NV centri

The negatively charged nitrogen vacancy (NV) center in diamond is a solid state defect that possesses both high-spin coherence time at room temperature and a robust optical readout of the spin state. In this work the relaxation dynamics and sensing performance of the nitrogen-vacancy (NV) center were investigated. Strong evidence of NV-NV dipole-dipole couplings playing an important role in T1 relaxation processes in high NV concentration diamonds was found, several key experimental design improvements in a NV diamond magnetic microscope were identified and finally a two-dimensional NMR spectra with a NV NMR spectrometer on an external analyte was observed; the first result of this kind to be reported in literature to the best of my knowledge. Keywords: solid state defects, quantum sensing, nuclear magnetic resonance, NV centers