Single spin EPR and NMR with diamond atomic spin sensors

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Sensoren die schon kleine Mengen von Elektron-und Kernspins nachweisen können, besitzen breitgefächerte Anwendungsbereiche in der Chemie, Physik und Biologie. In diesem Projekt planen wir die Entwicklung eines neuartigen Verfahrens zur Spindetektion, welches es erlauben wird einzelne Elektron- und Kernspins bei Raumtemperatur sowie bei tiefen Temperaturen zu detektieren und damit das ultimative Sensitivitätslimit zu erreichen. Zudem wird uns die Verwendung eines einzelnen optisch-aktiven Spins in Diamant als Sensor in die Lage versetzen, Spins mit Nanometer Auflösung mit Hilfe der Rasterkraftmikroskopmethode abzubilden. Um diese Zielsetzung zu erreichen, werden wir zuerst neuartigen Nachweismethoden theoretisch entwickeln, die auch in einer nicht gewünschten Umgebung von fluktuierenden Spins funktionieren werden. Dieses Verfahren ermöglicht damit die Detektion einzelner Spins auch in einer komplizierten biologischen Umgebung in der das Spinrauschen unvermeidbar ist. Diese Methoden werden im Experiment angewandt, um einzelne Spin-Labels auf Diamant in kontrollierten Bedingungen nachzuweisen.