Characterization and Optimization of Nanoscale Magnetometric Diamond Sensors

Die Entwicklung eines magnetometrischen Diamantsensors mit erhöhter Sensitivität gegenüber magnetischen Feldern wird in der vorliegenden Arbeit gezeigt. Zu diesem Zweck werden nanostrukturierte (111)-orientierte Diamantproben mit Stickstoff-Vakanz Zentren (NV-Zentren) hergestellt. Anschließend werden auf den gewachsenen Diamantschichten Nanodrähte hergestellt und epitaktisch überwachsen, um dadurch die Empfindlichkeit für Magnetfelder zu erhöhen.

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Die Entwicklung eines magnetometrischen Diamantsensors mit erhöhter Sensitivität gegenüber magnetischen Feldern wird in der vorliegenden Arbeit gezeigt. Zu diesem Zweck werden nanostrukturierte (111)-orientierte Diamantproben mit Stickstoff-Vakanz Zentren (NV-Zentren) hergestellt. Vor der Strukturierung wird die Abscheidung von einkristallinem (111)-orientiertem Diamant in Bezug auf die Oberflächenrauhigkeit und die kristalline Qualität (Stress und Phasenreinheit) optimiert. NV-Zentren, die in diese Diamantschichten integriert sind werden mit paramagnetischer Elektronenspinresonanz Spektroskopie und Kohärenzzeitmessungen (T2) charakterisiert. Dadurch kann ein Wert für die Magnetfeldempfindlichkeit der NV-Zentren berechnet werden. Anschließend werden auf den gewachsenen Diamantschichten Nanodrähte hergestellt und epitaktisch überwachsen, um Oberflächendefekte zu eliminieren. Folglich können erhöhte Kohärenzzeiten beobachtet werden (ca. 214 Mikrosekunden). Dadurch kann die Empfindlichkeit für oszillierende Magnetfelder auf einen Wert von 0.81 nT/ Hz1/2 erhöht werden.