Defect engineering in diamond for magnetic field mapping and gradiometry

用于磁场测绘和梯度测量的金刚石缺陷工程

基本信息

  • 批准号:
    1944822
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Studentship
  • 财政年份:
    2017
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2017 至 无数据
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Nitrogen-vacancy defects in diamond have generated enormous interest in recent years for their highly coherent spin properties and convenient optical interface. Magnetometry using the electron spin in an ensemble of NV- defect has been shown to be capable of detecting fields of <1 pT Hz-1/2 such that their use as quantum field sensors is generating significant industrial interest. Companies known to be building commercial magnetometry systems with NV centres include Bosch (navigation systems), and several organisations are developing NV-based magnetic imaging systems with ~10nm resolution for biological and physical sciences. NV centres can be produced by generation of vacancies followed by thermal annealing to allow the vacancies to diffuse in the crystal and 'bind' with a substitutional nitrogen atom. In the past two years we have shown that laser processing of materials using adaptive aberration correction provides a highly controlled means of generating vacancies in a desired position in the crystal. Upon subsequent annealing the vacancies diffuse ~100 nm such that NV centres are produced with high probability in the desired location. Success probability of single NV generation in current experiments is around 30%. With iterative processing it should be possible to produce regular 3D grids of single NV centres for advanced magnetometry applications.The Project: The student will develop controlled 3D arrays of single NV centres using laser processing in Martin Booth's group in the department of Engineering. Samples will be characterised using photoluminescence spectroscopy and optically detected magnetic resonance in Jason Smith's group in the Department of Materials. Samples with cubic arrays of NV centres will be targeted. We will measure the electron spin coherence times of the NV centres to assess their suitability for magnetometry. The best samples will be used to demonstrate 3D magnetic field mapping and gradiometry.The student will benefit from working within two groups involved in the NQIT Hub and will receive extensive training in laser processing, defect characterisation and magnetometry. They will work with NQIT postdocs Patrick Salter (Engineering) and Sam Johnson (Materials). They will gain in-depth training in diamond by attending modules of the Centre for Doctoral Training in Diamond Science and Technology. We will arrange close interaction between the student and Element Six to optimise the materials towards user applications. The project falls under the theme of Quantum Technologies.
金刚石中的氮空位缺陷由于其高相干自旋特性和方便的光学界面,近年来引起了人们极大的兴趣。使用NV-缺陷系综中的电子自旋的磁力测量已经显示出能够检测<1 pT Hz-1/2的场,使得它们作为量子场传感器的使用产生显著的工业兴趣。已知正在与NV中心建立商业磁力测量系统的公司包括博世(导航系统),还有几个组织正在开发基于NV的磁成像系统,分辨率约为10 nm,用于生物和物理科学。NV中心可以通过产生空位,然后进行热退火以允许空位在晶体中扩散并与取代的氮原子“结合”来产生。在过去的两年中,我们已经表明,使用自适应像差校正的材料的激光加工提供了在晶体中的期望位置产生空位的高度受控的手段。在随后的退火时,空位扩散~100 nm,使得在期望的位置以高概率产生NV中心。在目前的实验中,单次NV生成的成功概率约为30%。通过迭代处理,应该可以为先进的磁力测量应用产生单个NV中心的规则3D网格。项目:学生将在工程系Martin Booth小组中使用激光处理开发单个NV中心的受控3D阵列。样品将使用光致发光光谱和光学检测磁共振在杰森史密斯的小组在材料部的特点。具有NV中心的立方体阵列的样品将被作为目标。我们将测量NV中心的电子自旋相干时间,以评估它们是否适合磁力测量。最好的样品将用于演示三维磁场测绘和梯度测量。学生将受益于NQIT Hub的两个小组的工作,并将接受激光加工,缺陷表征和磁力测量方面的广泛培训。他们将与NQIT博士后帕特里克·索尔特(工程)和萨姆·约翰逊(材料)合作。他们将通过参加钻石科学和技术博士培训中心的模块,获得深入的钻石培训。我们将安排学生和Element Six之间的密切互动,以优化用户应用的材料。该项目属于量子技术的主题下福尔斯。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Laser writing of individual nitrogen-vacancy defects in diamond with near-unity yield
  • DOI:
    10.1364/optica.6.000662
  • 发表时间:
    2019-05-20
  • 期刊:
  • 影响因子:
    10.4
  • 作者:
    Chen, Yu-Chen;Griffiths, Benjamin;Smith, Jason M.
  • 通讯作者:
    Smith, Jason M.
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知道了