論文の概要: Probing the fluctuating magnetic field of Fe-triazole spin-crossover thin-layers with nitrogen-vacancy centers in diamond

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2411.14454v1
• Date: Fri, 15 Nov 2024 16:37:40 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-12-01 04:42:46.854734
• Title: Probing the fluctuating magnetic field of Fe-triazole spin-crossover thin-layers with nitrogen-vacancy centers in diamond
• Title（参考訳）: ダイヤモンド中の窒素空孔中心を持つFe-トリアゾールスピンクロスオーバー薄膜のゆらぎ磁場の研究
• Authors: Isabel Cardoso Barbosa, Tim Hochdörffer, Juliusz A. Wolny, Dennis Lönard, Stefan Johansson, Jonas Gutsche, Volker Schünemann, Artur Widera,
• Abstract要約: SCO錯体は温度変化に応じて磁気特性を変化させる材料である。 窒素空孔(NV)センターは空間分解能が高く磁場感度が高い室温で動作することができる。 その結果, この錯体は20degCから80degCの範囲で常磁性であることが判明した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: Fe$^{\mathrm{II}}$ spin-crossover (SCO) complexes are materials that change their magnetic properties upon temperature variation, exhibiting a thermal hysteresis. Particularly interesting for magnetic-memory applications are thin layers of SCO complexes, where practical magnetic probing techniques are required. While conventional magnetometry on SCO complexes employs cryogenic temperatures, nitrogen-vacancy (NV) centers are quantum magnetometers that can operate at room temperature with high spatial resolution and magnetic-field sensitivity. In this work, we apply thin layers of Fe-triazole SCO complexes directly onto a single-crystal diamond with shallow NV centers working as magnetic sensors and probe the fluctuating magnetic field. Using temperature-dependent NV-center $T_1$ measurements and a widefield technique, we find that the complexes are paramagnetic in the investigated temperature range from 20 {\deg}C to 80 {\deg}C. We quantitatively describe the $T_1$ time by a model considering the fluctuating magnetic field of the Fe$^{\mathrm{II}}$ ions. We see signatures of a local change of spin state in the $T_1$ relaxometry data, but structural changes in the SCO material dominate the local magnetic environment of the NV centers. Moreover, we conduct a Hahn echo to measure the $T_2$ time, which contrasts the findings of the $T_1$ times for the SCO complexes. We attribute this to different NV detection sensitivities towards Fe$^{\mathrm{II}}$ and Fe$^{\mathrm{III}}$ of the protocols. Our results on the magnetic properties of SCO materials highlight the capabilities of the NV center as a susceptible sensor for fluctuating magnetic fields. At the same time, a spin switching of the complexes cannot be observed due to the systematic challenges when working on nanometer distances to the SCO thin layers.
• Abstract（参考訳）: Fe$^{\mathrm{II}}$ spin-crossover (SCO) 錯体は温度変化によって磁気特性を変化させ、熱ヒステリシスを示す。 特に磁気メモリ応用に興味深いのはSCO錯体の薄い層であり、実用的な磁気探査技術が必要である。 SCO錯体の従来の磁気測定は低温を用いるが、窒素空洞(NV)中心は室温で高い空間分解能と磁場感度で動作可能な量子磁気センサである。 本研究では, 浅いNV中心が磁気センサとして機能し, 変動する磁場を探査する単一結晶ダイヤモンド上にFe-トリアゾールSCO錯体の薄い層を直接塗布する。 温度依存性のNV中心の$T_1$測定と広視野法を用いて,20.deg}Cから80.deg}Cまでの温度範囲で,これらの錯体が常磁性であることが判明した。 我々は、Fe$^{\mathrm{II}}$イオンのゆらぎ磁場を考慮したモデルにより、T_1$時間について定量的に記述する。 我々は,T_1$リラクソメトリーデータにスピン状態の局所的な変化のシグネチャが見られるが,SCO材料の構造変化はNV中心の局所磁気環境を支配している。 さらに、ハーンエコーを用いて$T_2$時間を測定し、SCO錯体の$T_1$倍の発見と対比する。 これは、プロトコルのFe$^{\mathrm{II}}$とFe$^{\mathrm{III}}$に対する異なるNV検出感度に起因する。 SCO材料の磁気特性に関する本研究の結果は,NV中心の磁場変動に対する感受性センサとしての機能を強調した。 同時に、SCO薄膜へのナノメートル距離の研究において、体系的な課題のため、錯体のスピンスイッチングは観測できない。

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