Cryogenic optically detected magnetic resonance (ODMR) platform based on all-room-temperature scanning systems

材料科学 磁场 磁强计 碳化硅 光电子学 钻石 纳米尺度 核磁共振 纳米技术 物理 复合材料 量子力学
作者
Yixuan Wang,J. B. Liu,Xi Kong,Min Li,Wentao Ji,Mengqi Wang,Xiangyu Ye,Peihan Lei,Haodong Wang,Ya Wang,Pengfei Wang,Qi Zhang,Fazhan Shi,Jiangfeng Du
出处
期刊:Review of Scientific Instruments [American Institute of Physics]
卷期号:96 (5)
标识
DOI:10.1063/5.0230895
摘要

The nitrogen-vacancy center in diamond serves as a nanoscale multi-sensor for precise magnetic and electric field measurements in optically detected magnetic resonance (ODMR) experiments. The ODMR system at cryogenic temperatures can be employed for the exploration of significant physical phenomena, such as two-dimensional ferromagnetism and current transport dynamics. Conventional systems, however, suffer from limited scanning range, low load capacity, and instability due to their reliance on cryogenic scanning mechanisms to manipulate samples, objective, and magnetic components. Here, we present a cryogenic ODMR platform utilizing all room-temperature scanning systems, enabling stable operation from 300 to 10.6 K. Our design achieves a positioner motion range of >5 cm and makes it possible to range from 50 to 5000 G, addressing critical challenges in applications requiring large-scale magnetic field scanning and broad temperature range experiments, such as quantum relaxometry studies. The system exhibits high robustness (vibrations <50 nm), high load capacity, cost-effectiveness, and ease of maintenance. Furthermore, our approach can also be directly applied to other promising quantum bit platforms, such as solid-state spin defects in silicon carbide (SiC) and so on.

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