Compact All‐Optical Quantum Sensor Device Based on Nitrogen Vacancy Centers in Diamond

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作者
M. Bähr,Martin Jahn,Christoph Heinze,Kristin Neckermann,Jan Meijer,Thomas Ortlepp
出处
期刊:Physica Status Solidi A-applications and Materials Science [Wiley]
卷期号:220 (4) 被引量:4
标识
DOI:10.1002/pssa.202200338
摘要

An integrated magnetic sensor is designed and tested that utilizes the negatively charged nitrogen vacancy centers (NVC) in diamond as a magnetic field‐sensitive quantum material, which is accessed and readout solely optically. The compact sensor device features a side length of 10 mm and includes a small HPHT diamond slab, light‐emitting diode (LED) for excitation, and integrated photodiodes. A microwave‐free approach is used. With the device, DC sensitivity to magnetic fields of 49 nA mT −1 in the range of 5–50 mT is achieved. The sensor device is also capable of detecting very small magnetic fields: Magnetic field dependencies at very low flux densities in the μT range (zero‐magnetic field) show a characteristic fluorescence behavior revealing a sensitivity of 4.8 pA μT −1 . Additionally, a ray‐tracing model is applied, to identify loss mechanisms in the setup. Using this device, an ultracompact, reliable, and industry‐ready package is made available for sensor developments in industry and academia.
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