論文の概要: Minimizing sensor-sample distances in scanning nitrogen-vacancy magnetometry
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.04244v2
- Date: Fri, 07 Mar 2025 10:16:05 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-03-10 12:55:27.410673
- Title: Minimizing sensor-sample distances in scanning nitrogen-vacancy magnetometry
- Title（参考訳）: 走査型窒素空洞磁力計におけるセンサ・サンプル距離の最小化
- Authors: Zhewen Xu, Marius L. Palm, William S. Huxter, Konstantin Herb, John M. Abendroth, Karim Bouzehouane, Olivier Boulle, Mihai S. Gabor, Joseba Urrestarazu Larranaga, Andrea Morales, Jan Rhensius, Gabriel F. Puebla-Hellmann, Christian L. Degen,
- Abstract要約: ダイヤモンド中の窒素空孔中心による磁気測定の空間分解能は、数十ナノメートルから数百ナノメートルに制限されている。
本稿では,空間分解能を決定する重要なパラメータについて,相関して検討する。
第一に, ダイヤモンド先端表面の特徴により, 起伏距離が制限されることで, 機械的アクセスが阻害されることが示唆された。
次に、周波数変調原子間力顕微鏡(FM-AFM)のフィードバックがこの問題を部分的に克服し、より接近し、より一貫した磁気スタンドオフ距離をもたらすことを示した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Scanning magnetometry with nitrogen-vacancy (NV) centers in diamond has led to significant advances in the sensitive imaging of magnetic systems. The spatial resolution of the technique, however, remains limited to tens to hundreds of nanometers, even for probes where NV centers are engineered within 10 nm from the tip apex. Here, we present a correlated investigation of the crucial parameters that determine the spatial resolution: the mechanical and magnetic stand-off distances, as well as the sub-surface NV center depth in diamond. We study their contributions using mechanical approach curves, photoluminescence measurements, magnetometry scans, and nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy of surface adsorbates. We first show that the stand-off distance is mainly limited by features on the surface of the diamond tip, hindering mechanical access. Next, we demonstrate that frequency-modulated atomic force microscopy (FM-AFM) feedback partially overcomes this issue, leading to closer and more consistent magnetic stand-off distances (26-87 nm) compared to the more common amplitude-modulated (AM-AFM) feedback (43-128 nm). FM operation thus permits improved magnetic imaging of sub-100-nm spin textures, shown for the spin cycloid in BFO and domain walls in a CoFeB synthetic antiferromagnet. Finally, by examining 1H and 19F NMR signals in soft contact with a polytetrafluoroethylene surface, we demonstrate a minimum NV-to-sample distance of 7.9+/-0.4 nm.
- Abstract（参考訳）: ダイヤモンド中の窒素空孔(NV)中心を走査する磁力計は、磁気システムの感度イメージングにおいて大きな進歩をもたらした。
しかし、この技法の空間分解能は、先端頂点から10nm以内でNV中心がエンジニアリングされるプローブであっても、数十から数百ナノメートルに制限されている。
ここでは, 空間分解能を決定する重要なパラメータ, 機械的および磁気的スタンドオフ距離, およびダイヤモンドの地下NV中心深度について, 相関して検討する。
本研究では, 機械的アプローチ曲線, フォトルミネッセンス測定, マグネトメトリースキャン, 核磁気共鳴(NMR)分光による表面吸着物の研究を行った。
第一に, ダイヤモンド先端表面の特徴により, 起伏距離が制限されることで, 機械的アクセスが阻害されることが示唆された。
次に、周波数変調原子間力顕微鏡(FM-AFM)のフィードバックがこの問題を部分的に克服し、より一般的な振幅変調 (AM-AFM) のフィードバック (43-128 nm) と比較して、より近く、より一貫した磁気スタンドオフ距離 (26-87 nm) が得られることを示した。
FM操作により、BFOのスピンサイクロイドやCoFeB合成反強磁性体のドメインウォールに示される100nm以下のスピンテクスチャのイメージングが向上する。
最後に、ポリテトラフルオロエチレン表面とのソフトコンタクトにおける1Hと19FのNMR信号を調べることにより、最小のNV対サンプル距離が7.9+/-0.4nmであることを示す。
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