Optical magnetometry with nitrogen-vacancy centers in diamond

Optical Magnetometry

Volumn 9781107010352, Issue , 2011, Pages 142-166

  Acosta, V M ^a   Budker, D ^a,b   Hemmer, P R ^c   Maze, J R ^d   Walsworth, R L ^e  

^a UNIVERSITY OF CALIFORNIA   (United States)

^b LAWRENCE BERKELEY NATIONAL LABORATORY   (United States)

^c Department of Electrical and Computer Engineering   (United States)

^d PONTIFICIA UNIVERSIDAD CATÓLICA DE CHILE   (Chile)

^e HARVARD SMITHSONIAN CENTER FOR ASTROPHYSICS   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

CRYOGENICS; DIAMONDS; ELECTROSPINNING; IMAGE RESOLUTION; MAGNETIC FIELD MEASUREMENT; MAGNETIC FIELDS; MAGNETIC MOMENTS; MAGNETIC RESONANCE; MAGNETIC RESONANCE MEASUREMENT; MAGNETISM; MAGNETOMETERS; MOLLUSCS; NANODIAMONDS; NITROGEN; QUANTUM INTERFERENCE DEVICES; SHELLFISH; SQUIDS; SUPERCONDUCTING DEVICES;

ATOMIC MAGNETOMETERS; MAGNETIC FIELD IMAGING; MAGNETIC SENSITIVITY; NITROGEN-VACANCY CENTER; OPTICAL MAGNETOMETRY; SCANNING PROBE TECHNIQUES; SUB-MICRON RESOLUTIONS; WEAK MAGNETIC FIELDS;

NANOMAGNETICS;

EID: 84923423641     PISSN: None     EISSN: None     Source Type: Book    
DOI: 10.1017/CBO9780511846380.009     Document Type: Chapter

References (130)

1. D. Budker and M. Romalis, Nature Physics 3, 227 (2007).
2. J. Clarke and A. I. Braginski, The SQUID Handbook 1 (Wiley-VCH, Weinheim, 2004).
3. M. Jamet, W. Wernsdorfer, C. Thirion, D. Mailly, V. Dupuis, P. Melinon, and A. Perez, Phys. Rev. Lett. 86, 4676 (2001).
4. J. P. Cleuziou, W. Wernsdorfer, V. Bouchiat, T. Ondarcuhu, and M. Monthioux, Nature Nanotechnology 1, 53 (2006).
5. D. Rugar, R. Budakian, H. J. Mamin, and B.W. Chui, Nature 430, 329 (2004).
6. H. J. Mamin, M. Poggio, C. L. Degen, and D. Rugar, Nat. Nano. 2, 301 (2007).
7. H. J. Mamin, T. H. Oosterkamp, M. Poggio, C. L. Degen, C. T. Rettner, and D. Rugar, Nano Lett. 9, 3020 (2009).
8. C. L. Degen, Appl. Phys. Lett. 92, 243111 (2008).
9. A. Finkler, Y. Segev, Y. Myasoedov, M. L. Rappaport, L. Ne'eman, D. Vasyukov, E. Zeldov, M. E. Huber, J. Martin, and A. Yacoby, Nano Letters 10, 1046 (2010).
10. G. Balasubramanian et al., Nature 455, 648 (2008).
11. J. R. Maze et al., Nature 455, 644 (2008).
12. G. Balasubramanian et al., Nature Materials 8, 383 (2009).
13. B. M. Chernobrod and G. P. Berman, J. Appl. Phys. 97, 14903 (2005).
14. J. M. Taylor, P. Cappellaro, L. Childress, L. Jiang, D. Budker, P. R. Hemmer, A. Yacoby, R.Walsworth, and M. D. Lukin, Nature Physics 4, 810 (2008).
15. V. M.Acosta, E. Bauch, A. Jarmola, L. J. Zipp, M. P. Ledbetter, and D. Budker, Appl. Phys. Lett. 97, 174103 (2010).
16. L. T. Hall, J. H. Cole, C. D. Hill, and L. C. L. Hollenberg, Phys. Rev. Lett. 103, 220802 (2009).
17. L. T. Hall, C. D. Hill, J. H. Cole, B. Stadler, F. Caruso, P. Mulvaney, J. Wrachtrup, and L. C. L. Hollenberg, Proc. Nat. Acad. Sci. 107, 18777 (2010).
18. B. J. Maertz, A. P. Wijnheijmer, G. D. Fuchs, M. E. Nowakowski, and D. D. Awschalom, Appl. Phys. Lett. 96, 92503 (2010).
19. L. S. Bouchard, E. Bauch, V. M. Acosta, and D. Budker, New J. Phys. 13, 25017 (2011).
20. P. C. Maurer et al., Nature Physics 6, 912 (2010).
21. B. R. Smith, D. W. Inglis, B. Sandnes, J. R. Rabeau, A. V. Zvyagin, D. Gruber, C. J. Noble, R. Vogel, E. Osawa, and T. Plakhotnik, Small 5, 1649 (2009).
22. C. Bradac, T. Gaebel, N. Naidoo, J. R. Rabeau, and A. S. Barnard, Nano Lett. 9, 3555 (2009).
23. T. M. Babinec, B. J. M. Hausmann, M. Khan, Y. Zhang, J. R. Maze, P. R. Hemmer, and M. Loncar, Nature Nanotechnology 5, 195 (2010).
24. R. S. Schoenfeld andW. Harneit, Phys. Rev. Lett. 106, 30802 (2011).
25. V. M. Acosta et al., Phys. Rev. B 80, 115202 (2009).
26. S. Steinert, F. Dolde, P. Neumann, A. Aird, B. Naydenov, G. Balasubramanian, F. Jelezko, and J.Wrachtrup, Rev. Sci. Instrum. 81, 43705 (2010).
27. P. L. Stanwix, L. M. Pham, J. R. Maze, D. Le Sage, T. K. Yeung, P. Cappellaro, P. R. Hemmer, A. Yacoby, M. D. Lukin, and R. L. Walsworth, Phys. Rev. B 82, 201201 (2010).
28. L. M. Pham et al., New J. Phys. 13, 45021 (2011).
29. D. Le Sage, L. Pham, N. Bar-Gill, C. Belthangady, M. Lukin, A. Yacoby, and R.Walsworth, Phys. Rev. B 85, 121202 (2012).
30. S. Felton, A. M. Edmonds, M. E. Newton, P. M. Martineau, D. Fisher, D. J. Twitchen, and J. M. Baker, Phys. Rev. B 79, 75203 (2009).
31. M. P. Ledbetter, I. M. Savukov, D. Budker, V. Shah, S. Knappe, J. Kitching, D. J. Michalak, S. Xu, and A. Pines, Proc. Nat. Acad. Sci. 105, 2286 (2008).
32. M. P. Ledbetter, C. W. Crawford, A. Pines, D. E. Wemmer, S. Knappe, J. Kitching, and D. Budker, J. Magn. Reson. 199, 25 (2009).
33. E. E. Mikhailov, I. Novikova, M. D. Havey, and F. A. Narducci, Opt. Lett. 34, 3529 (2009).
34. V. Shah, S. Knappe, P. D. D. Schwindt, and J. Kitching, Nature Photonics 1, 649 (2007).
35. W. C. Griffith, S. Knappe, and J. Kitching, Opt. Express 18, 27167 (2010).
36. H. B. Dang, A. C. Maloof, and M. V. Romalis, Appl. Phys. Lett. 97, 151110 (2010).
37. M. Vengalattore, J. M. Higbie, S. R. Leslie, J. Guzman, L. E. Sadler, and D. M. Stamper-Kurn, Phys. Rev. Lett. 98 (2007).
38. J. R. Kirtley, M. B. Ketchen, K.G. Stawiasz, J. Z. Sun, W. J. Gallagher, S.H. Blanton, and S. J.Wind, Appl. Phys. Lett. 66, 1138 (1995).
39. D.Wood, K. Ni, D. Schmidt, and A. Cleland, Sensors and Actuators A: Physical 120, 1 (2005).
40. G. Boero, M. Demierre, P.-A. Besse, and R. Popovic, Sensors and Actuators A: Physical 106, 314 (2003).
41. K. S. Novoselov, S. V. Morozov, S. V. Dubonos, M. Missous, A. O. Volkov, D. A. Christain, and A. K. Geim, J. Appl. Phys. 93, 10053 (2003).
42. C. L. Degen, M. Poggio, H. J. Mamin, C. T. Rettner, and D. Rugar, Proc. Nat. Acad. Sci. 106, 1313 (2009).
43. E. Fermi and F. Rasetti, Z. Phys. A 33, 246 (1925).
44. F. Bitter, Phys. Rev. 76, 833 (1949).
45. J. Brossel and F. Bitter, Phys. Rev. 86, 308 (1952).
46. S. Geschwind, R. J. Collins, and A. L. Schawlow, Phys. Rev. Lett. 3, 545 (1959).
47. I.Wieder, Phys. Rev. Lett. 3, 468 (1959).
48. Y. K. Zavoisky, J. Phys. USSR 9, 245 (1945).
49. J. H. E. Griffiths, J. Owen, and I. M.Ward, Nature 173, 439 (1954).
50. J. H. Griffiths, J. Owen, and I. M.Ward, in Defects in Crystalline Solids (The Physical Society, London, 1955), pp. 81-87.
51. W. V. Smith, P. P. Sorokin, I. L. Gelles, and G. J. Lasher, Phys. Rev. 115, 1546 (1959).
52. J. Loubser and J. A. van Wyk, Rep. Prog. Phys. 41, 1201 (1978).
53. N. R. S. Reddy, N. B. Manson, and E. R. Krausz, J. Luminesc. 38, 46 (1987).
54. E. van Oort, N. B. Manson, and M. Glasbeek, J. Phys. C 21, 4385 (1988).
55. G. Davies and M. F. Hamer, Proc. R. Soc. A 348, 285 (1976).
56. W. Neuhauser, M. Hohenstatt, P. E. Toschek, and H. Dehmelt, Phys. Rev.A22, 1137 (1980).
57. J. Kohler, J.A. J.M. Disselhorst, M. C. J. M. Donckers, E. J. J. Groenen, J. Schmidt, andW. E. Moerner, Nature 363, 242 (1993).
58. J. Wrachtrup, C. von Borczyskowski, J. Bernard, M. Orritt, and R. Brown, Nature 363, 244 (1993).
59. A. Gruber, A. Drabenstedt, C. Tietz, L. Fleury, J. Wrachtrup, and C. von Borczyskowski, Science 276, 2012 (1997).
60. S.-J. Yu, M.-W. Kang, H.-C. Chang, K.-M. Chen, and Y.-C. Yu, J. Am. Chem. Soc. 127, 17604 (2005).
61. A. M. Schrand, H. Huang, C. Carlson, J. J. Schlager, E. Åoesawa, S. M. Hussain, and L. Dai, J. Phys. Chem. B 111, 2 (2007).
62. Y.-R. Chang et al., Nature Nanotechnology 3, 284 (2008).
63. F. Neugart, A. Zappe, F. Jelezko, C.Tietz, J. P. Boudou, A. Krueger, and J.Wrachtrup, Nano Lett. 7, 3588 (2007).
64. O. Faklaris, D. Garrot, V. Joshi, F. Druon, J.-P. Boudou, T. Sauvage, P. Georges, P. A. Curmi, and F. Treussart, Small 4, 2236 (2008).
65. J. Tisler et al., ACS Nano 3, 1959 (2009).
66. C. Bradac, T. Gaebel, N. Naidoo, M. J. Sellars, J.Twamley, L. J. Brown, A. S. Barnard, T. Plakhotnik, A. V. Zvyagin, and J. R. Rabeau, Nature Nanotechnology 5, 345 (2010).
67. F. Jelezko, T. Gaebel, I. Popa, A. Gruber, and J. Wrachtrup, Phys. Rev. Lett. 92, 76401 (2004).
68. L. Childress, M. V. G. Dutt, J. M. Taylor, A. S. Zibrov, F. Jelezko, J. Wrachtrup, P. R. Hemmer, and M. D. Lukin, Science 314, 281 (2006).
69. M. V. G. Dutt, L. Childress, L. Jiang, E. Togan, J. Maze, F. Jelezko, A. S. Zibrov, P. R. Hemmer, and M. D. Lukin, Science 316, 1312 (2007).
70. P. Neumann, N. Mizuochi, F. Rempp, P. Hemmer, H. Watanabe, S. Yamasaki, V. Jacques, T. Gaebel, F. Jelezko, and J.Wrachtrup, Science 320, 1326 (2008).
71. P. Neumann et al., Nature Physics 6, 249 (2010).
72. G. D. Fuchs, V. V. Dobrovitski, D. M. Toyli, F. J. Heremans, and D. D. Awschalom, Science 326, 1520 (2009).
73. B. B. Buckley, G. D. Fuchs, L. C. Bassett, and D. D.Awschalom, Science 330, 1212 (2010).
74. E. Togan et al., Nature 466, 730 (2010).
75. P. Neumann, J. Beck, M. Steiner, F. Rempp, H. Fedder, P.R.Hemmer, J.A.Wrachtrup, and F. Jelezko, Science 329, 542 (2010).
76. G. de Lange, Z. H. Wang, D. Riste, V. V. Dobrovitski, and R. Hanson, Science 330, 60 (2010).
77. P. Hemmer and J.Wrachtrup, Science 324, 473 (2009).
78. Y. Mita, Phys. Rev. B 53, 11360 (1996).
79. A. Gali, M. Fyta, and E. Kaxiras, Phys. Rev. B 77, 155206 (2008).
80. P. Delaney, J. C. Greer, and J. A. Larsson, Nano Lett. 10, 610 (2010).
81. M. W. Doherty, N. B. Manson, P. Delaney, and L. C. L. Hollenberg, New J. Phys. 13, 25019 (2011).
82. Y. Ma, M. Rohlfing, and A. Gali, Phys. Rev. B 81, 41204 (2010).
83. V. M.Acosta, A. Jarmola, E. Bauch, and D. Budker, Phys. Rev. B 82, 201202 (2010).
84. L. Robledo, L. Childress, H. Bernien, B. Hensen, P. F. A. Alkemade, and R. Hanson, Nature 477, 574 (2011).
85. L. G. Rogers, S. Armstrong, M. J. Sellars, and N. B. Manson, New J. Phys. 10, 103024 (2008).
86. J. Harrison, M. J. Sellars, and N. B. Manson, Diam. Relat. Mater. 15, 586 (2006).
87. G. D. Fuchs, V. V. Dobrovitski, D. M. Toyli, F. J. Heremans, C. D.Weis, T. Schenkel, and D. D. Awschalom, Nature Physics 6, 668 (2010).
88. V. M. Acosta et al., Phys. Rev. Lett. 108, 206401 (2012).
89. J. Maze, A. Gali, E. Togan, Y. Chu, A. S. Trifonov, E. Kaxiras, and M. D. Lukin, New J. Phys. 13, 25025 (2011).
90. N. B. Manson, J. P. Harrison, and M. J. Sellars, Phys. Rev. B 74, 104303 (2006).
91. J. R. Rabeau, P. Reichart, G. Tamanyan, D. N. Jamieson, S. Prawer, F. Jelezko, T. Gaebel, I. Popa, M. Domhan, and J. Wrachtrup, Appl. Phys. Lett. 88, 23113 (2006).
92. V. M.Acosta, E. Bauch, M. P. Ledbetter, A.Waxman, L. S. Bouchard, and D. Budker, Phys. Rev. Lett. 104, 70801 (2010).
93. B. Smeltzer, J. McIntyre, and L. Childress, Phys. Rev. A 80, 50302 (2009).
94. M. Steiner, P. Neumann, J. Beck, F. Jelezko, and J. Wrachtrup, Phys. Rev. B 81, 35205 (2010).
95. T. P. M. Alegre, C. Santori, G. Medeiros-Ribeiro, and R. G. Beausoleil, Phys. Rev. B 76, 165205 (2007).
96. N. D. Lai, D. Zheng, F. Jelezko, F. Treussart, and J.-F. Roch, Appl. Phys. Lett. 95, 133101 (2009).
97. J. R. Maze, J. M. Taylor, and M. D. Lukin, Phys. Rev. B 78, 94303 (2008).
98. S. Takahashi, R. Hanson, J. van Tol, M. S. Sherwin, and D. D. Awschalom, Phys. Rev. Lett. 101, 47601 (2008).
99. N. Mizuochi et al., Phys. Rev. B 80, 41201 (2009).
100. D. A. Redman, S. Brown, R. H. Sands, and S. C. Rand, Phys. Rev. Lett. 67, 3420 (1991).
101. A. Jarmola, V. M. Acosta, K. Jensen, S. Chemerisov, and D. Budker, Phys. Rev. Lett. 108, 197601 (2012).
102. J. P. King, P. J. Coles, and J. A. Reimer, Phys. Rev. B 81, 73201 (2010).
103. F. Dolde et al., Nature Physics 7, 459 (2011).
104. S. C. Lawson, D. Fisher, D. C. Hunt, and M. E. Newton, J. Phys.: Condens. Matter 10, 6171 (1998).
105. I. Aharonovich, C. Santori, B. A. Fairchild, J. Orwa, K. Ganesan, K.-M. C. Fu, R. G. Beausoleil, A. D. Greentree, and S. Prawer, J. Appl. Phys. 106, 124904 (2009).
106. B. Naydenov, V. Richter, J. Beck, M. Steiner, P. Neumann, G. Balasubramanian, J. Achard, F. Jelezko, J. Wrachtrup, and R. Kalish, Appl. Phys. Lett. 96, 163103 (2010).
107. E. L. Hahn, Phys. Rev. 80, 580 (1950).
108. E. Van Oort and M. Glasbeek, Chem. Phys. 143, 131 (1990).
109. G. De Lange, D. Riste, V.V. Dobrovitski, and R. Hanson, Phys. Rev. Lett. 106, 80802 (2011).
110. A. Laraoui, J. S. Hodges, and C. A. Meriles, Appl. Phys. Lett. 97, 143103 (2010).
111. P. Cappellaro and M. D. Lukin, Phys. Rev. A 80, 32311 (2009).
112. C. A. Ryan, J. S. Hodges, and D. G. Cory, Phys. Rev. Lett. 105, 200402 (2010).
113. B. Naydenov, F. Dolde, L.T. Hall, C. Shin, H. Fedder, L. C. L. Hollenberg, F. Jelezko, and J.Wrachtrup, Phys. Rev. B 83, 81201 (2011).
114. N. Bar-Gill, L. M. Pham, C. Belthangady, D. Le Sage, P. Cappellaro, J. R. Maze, M. D. Lukin, A. Yacoby, and R.Walsworth, Nature Communications 3, 858 (2012).
115. L. M. Pham, N. Bar-Gill, C. Belthangady, D. Le Sage, P. Cappellaro, M. D. Lukin, A. Yacoby, and R. L.Walsworth, Phys. Rev. B 86, 04521 (2012).
116. H. J. Mamin, R. Budakian, B. W. Chui, and D. Rugar, Phys. Rev. B 72, 24413 (2005).
117. P. Maletinsky, S. Hong, M. S. Grinolds, B. Hausmann, M. D. Lukin, R. L.Walsworth, M. Loncar, and A. Yacoby, Nature Nanotechnology 7, 320 (2012).
118. M. S. Grinolds, P. Maletinsky, S. Hong, M. D. Lukin, R. L.Walsworth, andA.Yacoby, Nature Physics 7, 687 (2011).
119. S. Hong, M. S. Grinolds, P. Maletinsky, R. L.Walsworth, M. D. Lukin, andA.Yacoby, Nano Lett. 12, 3920 (2012).
120. K. Y. Han, S. K. Kim, C. Eggeling, and S.W. Hell, Nano Lett. 10, 3199 (2010).
121. C. Santori, P. E. Barclay, K.-M. C. Fu, R. G. Beausoleil, S. Spillane, and M. Fisch, Nanotechnology 21, 274008 (2010).
122. A. Faraon, P. E. Barclay, C. Santori, K.-M. C. Fu, and R. G. Beausoleil, Nature Photonics 5, 301 (2011).
123. J. P. Hadden, J. P. Harrison, A. C. Stanley-Clarke, L. Marseglia, Y. L. D. Ho, B. R. Patton, J. L. O'Brien, and J. G. Rarity, Appl. Phys. Lett. 97, 241901 (2010).
124. P. Siyushev et al., Appl. Phys. Lett. 97, 241902 (2010).
125. L. Marseglia et al., Appl. Phys. Lett. 98, 133107 (2011).
126. S. Schietinger, M. Barth, T. Aichele, and O. Benson, Nano Lett. 9, 1694 (2009).
127. R. Kolesov, B. Grotz, G. Balasubramanian, R. J. Stohr, A.A.L. Nicolet, P. R. Hemmer, F. Jelezko, and J.Wrachtrup, Nature Physics 5, 470 (2009).
128. A. Huck, S. Kumar, A. Shakoor, and U. L. Andersen, Phys. Rev. Lett. 106, 96801 (2011).
129. K.-M. C. Fu, C. Santori, P. E. Barclay, L. J. Rogers, N. B. Manson, and R. G. Beausoleil, Phys. Rev. Lett. 103, 256404 (2009).
130. C. S. Shin et al., arxiv:1201.3152 (2012).