[發明專利]納米級掃描傳感器

在審

• 申請號: 201910017535.2
• 申請日: 2013-08-20
• 公開（公告）號: CN109765257A
• 公開（公告）日: 2019-05-17
• 發明（設計）人: M·S·格瑞諾德斯;洪晟根;P·梅勒丁斯基;A·亞考貝
• 申請（專利權）人: 哈佛學院院長及董事
• 主分類號: G01N24/10
• 分類號: G01N24/10;G01Q60/54;G01Q70/14;G01R33/022;G01R33/032;G01R33/12;G01R33/60
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 劉倜

1.一種由金剛石材料形成的感測探頭，所述感測探頭包括：

一個或多個自旋缺陷，所述自旋缺陷被構造為發射熒光；和

光學解耦結構，所述光學解耦結構由所述金剛石材料形成，所述光學解耦結構被構造為光學地將所述一個或多個自旋缺陷發射的熒光引向所述光學解耦結構的輸出端，

其中，包括所述光學解耦結構的所述感測探頭由具有長度大于1μm的至少一個線性尺寸的金剛石組件形成，

其中，所述一個或多個自旋缺陷通過使用50-150W的RF功率對尖端進行弱氧蝕刻而形成以位于離所述感測探頭的感測表面不超過20nm，以及

其中，所述一個或多個自旋缺陷的退相干時間大于100μsec。

2.根據權利要求1所述的感測探頭，其中，所述一個或多個自旋缺陷位于離所述感測探頭的感測表面不超過15nm、12nm或10nm。

3.根據權利要求1所述的感測探頭，其中，所述一個或多個自旋缺陷是NV^-(氮-空位)缺陷。

4.根據權利要求1所述的感測探頭，其中，所述一個或多個自旋缺陷的退相干時間大于200μsec、300μsec、500μsec或700μsec。

5.根據權利要求1所述的感測探頭，其中，包括所述光學組件的所述感測探頭由單晶金剛石材料形成。

6.根據權利要求1所述的感測探頭，其中，所述光學解耦結構由下列之一形成：納米柱；固體浸沒透鏡；或者經由內反射形成。

7.根據權利要求6所述的感測探頭，其中，所述光學解耦結構由納米柱形成。

8.根據權利要求7所述的感測探頭，其中，所述納米柱具有100nm與300nm之間的直徑、以及0.5μm與5μm之間的長度。

9.根據權利要求1所述的感測探頭，其中，所述感測探頭包括不多于50、30、10、5、3、2或1個的自旋缺陷，所述自旋缺陷位于離所述感測表面不超過50nm，并且光學地耦合到所述光學解耦結構。

10.根據權利要求1所述的感測探頭，其中，所述感測探頭包括位于離所述感測表面不超過50nm并且光學地耦合到所述光學解耦結構的層的形式的多于50個的自旋缺陷。

11.一種系統，包括：

根據權利要求1所述的感測探頭；

光學激發源，所述光學激發源被構造為產生朝向所述一個或多個自旋缺陷的、使所述一個或多個自旋缺陷發熒光的激發光；

光學探測器，所述光學探測器被構造為探測所述熒光，所述熒光從所述一個或多個自旋缺陷發射，并且在被光學地引導通過所述光學解耦結構之后通過所述光學解耦結構的輸出端出射；和

安裝系統，所述安裝系統被構造為保持所述感測探頭，并且在允許所述感測探頭的感測表面與樣本表面之間的相對運動的同時控制所述感測探頭的感測表面與樣本的表面之間的距離，

其中，所述系統被構造為具有好于50nT Hz^-1/2的AC磁場探測靈敏度或好于4μT Hz^-1/2的DC磁場探測靈敏度。

12.根據權利要求11所述的系統，其中，所述安裝系統包括AFM(原子力顯微鏡)。

13.根據權利要求11所述的系統，包括耦合到所述安裝系統并且被構造為光學地尋址并且讀出所述一個或多個自旋缺陷的光學顯微鏡。

14.根據權利要求11所述的系統，還包括微波源，并且其中，所述微波源被構造為產生調諧為所述自旋缺陷中的至少一個的共振頻率的微波。