A quantum sensor for atomic-scale electric and magnetic fields

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作者
Taner Esat,Dmitriy Borodin,Jeongmin Oh,Andreas J. Heinrich,F. Stefan Tautz,Yujeong Bae,Ruslan Temirov
出处
期刊:Nature Nanotechnology [Nature Portfolio]
卷期号:19 (10): 1466-1471 被引量:8
标识
DOI:10.1038/s41565-024-01724-z
摘要

Abstract The detection of faint magnetic fields from single-electron and nuclear spins at the atomic scale is a long-standing challenge in physics. While current mobile quantum sensors achieve single-electron spin sensitivity, atomic spatial resolution remains elusive for existing techniques. Here we fabricate a single-molecule quantum sensor at the apex of the metallic tip of a scanning tunnelling microscope by attaching Fe atoms and a PTCDA (3,4,9,10-perylenetetracarboxylic-dianhydride) molecule to the tip apex. We address the molecular spin by electron spin resonance and achieve ~100 neV resolution in energy. In a proof-of-principle experiment, we measure the magnetic and electric dipole fields emanating from a single Fe atom and an Ag dimer on an Ag(111) surface with sub-angstrom spatial resolution. Our method enables atomic-scale quantum sensing experiments of electric and magnetic fields on conducting surfaces and may find applications in the sensing of spin-labelled biomolecules and of spin textures in quantum materials.
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