NV-Zentren

Stickstoff-Vakanzzentren sind Defekte in der Kristallstruktur des Diamanten: Anstelle eines Kohlenstoffatoms ist ein Stickstoffatom vorhanden, und eine der benachbarten Positionen im Gitter ist leer.

Ein speziell präparierter Diamant wird mit einem grünen Laser bestrahlt, wodurch die NV-Zentren in einen angeregten Zustand versetzt werden. In diesem Zustand können die NV-Zentren Licht emittieren und bei Wechselwirkung mit einem externen Magnetfeld auch ihren Quantenzustand ändern. (Hier wird spontane parametrische Downkonversion genutzt, um verschränkte Signalphotonen mit senkrechter Polarisation aus Pump-Photonen zu erzeugen. Nach der Datenerfassung wird das emittierte Licht mit ADCs oder TDCs analysiert, um Informationen über das Magnetfeld zu erhalten, das auf die NV-Zentren gewirkt hat. Durch Auswertung der Polarisation und gegebenenfalls der Intensität des Lichts können die Magnetfeldstärke und -richtung in der Umgebung der NV-Zentren bestimmt werden. Solche Messungen mit Quantensensoren auf Basis von NV-Zentren sind absolut, funktionieren bei Raumtemperatur und erfordern keine separate Kalibrierung. Daher sind die Methoden robust und reproduzierbar. Auf diese Weise lassen sich Stromflüsse in mikro- und nanoelektronischen Schaltungen mit hoher Auflösung abbilden.

Vorteile:

• Hohe Empfindlichkeit, Präzision und Langzeitstabilität bei Messungen in magnetischen und elektrischen Feldern.
• Robust und einfach zu steuern.
• Betrieb bei Raumtemperatur.

Nachteile:

• Begrenzte räumliche Auflösung und Frequenzbereich.

Anwendungsbereiche: Optische Magnetometrie, Stickstoffdefekt-Magnetometrie, Nanotechnologie, Materialwissenschaften, Qualitätskontrolle in der Mikroelektronik, biomedizinische Forschung und Quanteninformationstechnologie.