Journal of Experimental and Theoretical PhysicsJournal of Experimental and Theoretical Physics0044-45103034-641XRussian Academy of Science10.31857/S0044451023120039Measurement Sensitivity of the Optically Detected Magnetic Resonance for a Single NV– Center in DiamondЧувствительность измерения спектра оптически детектируемого магнитного резонанса одиночного NV−-центра в алмазеKukinN. S.КукинН. С. kukin_n_s_noemail@ras.ruMuradovaA. R.МурадоваА. Р. muradova_a_r_noemail@ras.ruNikitinA. K.НикитинА. К. nikitin_a_k_noemail@ras.ruBukhtiyarovA. A.БухтияровА. А. bukhtiyarov_a_a_noemail@ras.ruSemenovP. A.СеменовП. А. semenov_p_a_noemail@ras.ruVasil'evA. NВасильевА. Н vasil'ev_a_n_noemail@ras.ruKarginN. I.КаргинН. И. kargin_n_i_noemail@ras.ruSmirnovaM. O.СмирноваМ. О. smirnova_m_o_noemail@ras.ruTerent'evS. A.ТерентьевС. А. terent'ev_s_a_noemail@ras.ruАНО «Институт инженерной физики»; Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»Institute of Engineering Physics; National Research Nuclear University MEPhIАНО «Институт инженерной физики»;Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»Institute of Engineering Physics; National Research Nuclear University MEPhIАНО «Институт инженерной физики»;Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»Institute of Engineering Physics; National Research Nuclear University MEPhIАНО «Институт инженерной физики»Institute of Engineering PhysicsНациональный исследовательский ядерный университет «МИФИ»National Research Nuclear University MEPhIНациональный исследовательский ядерный университет «МИФИ»National Research Nuclear University MEPhIНациональный исследовательский ядерный университет «МИФИ»National Research Nuclear University MEPhIНациональный исследовательский ядерный университет «МИФИ»National Research Nuclear University MEPhIФедеральное государственное бюджетное научное учреждение «Технологический институт сверхтвердых и новых углеродных материалов»Technological Institute for Superhard and Novel Carbon Materials011220231646896905

The spectra of the optically detected magnetic resonance for single NV– centers have been experimentally studied in two solid-state samples in the range of hyperfine interactions between the electron spin and the nitrogen nucleus spin in the same NV– center. This study has been aimed at reaching a maximal microwave frequency resolution in the experimental setup used. For measurements, two low-nitrogen (no higher than 50 ppb) diamond single-crystal samples have been grown. Measured time T*2 of the spin decoherence in NV– centers was about 2 μs in one sample and 20 μs in the other. For both samples, the spectrum of the optically detected magnetic resonance for the hyperfine splitting of a single NV– center and 14N atom has been taken and investigated. The resolution in these samples has been estimated at a level of 3.5 and 0.18 MHz, respectively. It has been noted that the resolution of the spectrum improves with increasing time T*2 of the spin decoherence of the single NV– center.

Экспериментально исследованы спектры оптически детектируемого магнитного резонанса одиночных-NV-центров в двух твердотельных образцах в области сверхтонкого взаимодействия спина электронаNV--центра со спином ядра азота в этом же центре. Цель исследований - получить максимальное разрешение по частоте СВЧ в используемой экспериментальной установке. Для измерений были выращены два монокристаллических образца алмаза с низким содержанием азота (не более 50 ppb). Измеренноевремя спиновой декогеренции∗T2 NV--центров составило в первом образце около 2 мкс, а на втором -220 мкс. Для этих двух образцов был получен и исследован спектр оптически детектируемого магнитного резонанса сверхтонкого расщепления одиночного NV--центра и атома 14N. Оценка величины разрешения в этих образцах составляет 3 . 5 МГц и 0 . 18 МГц соответственно. Отмечено, что с увеличением времени спиновой декогеренции T ∗ одиночного NV--центра улучшается разрешение спектра.

J. Wrachtrup and F. Jelezro, J. Phys.: Condens. Matter 18, 807 (2006).T. Shr¨oder, F. G¨adeke, M. J. Banholzer, and O. Benson, New J. Phys. 13, 055017 (2011).J. Joo and E. Ginossar, Sci. Rep. 6, 26338 (2016).J. L. Webb, J. D. Clement, L. Troise et al., Appl. Phys. Lett. 114, 231103 (2019).R. L. Patel, L. Q. Zhou, A. C. Frangeskou et al., Phys. Rev. Appl. 14, 044058 (2020).L. Rodnin, J.-P. Tetienne, T. Hingant et al., Rep. Prog. Phys. 77, 056503 (2014).J. F. Barry, J. M. Schloss, E. Bauch et al., Rev. Mod. Phys. 92, 015004 (2020).A. Dreau, M. Lesik, L. Rondin et al., Phys. Rev. B 84, 195204 (2011).L. Robdelo, H. Bernien, I. V. Weperen, R. Hanson et al., Phys. Rev. Lett. 105, 177403 (2010).W. E. Moerner, W. E. Moerner, M. Orrit, and U. E. Wild, Single Molecule Optical Detection, Imaging and Spectroscopy, Wiley-VCH, Weinheim (1996).А. П. Низовцев, Н. С. Кукин, А. Р. Мурадова и др., ЖПС 89, 807 (2022).A. P. Nizovtsev, S. Ya. Kilin, A. L. Pushkarchuk et al., New J. Phys. 16, 083014 (2014).A. P. Nizovtsev, S. Ya. Kilin, A. L. Pushkarchuk et al., New J. Phys. 20, 023022 (2018).Yu. L. Raikher and V. I. Stepanov, Appl. Phys. Lett. 105, 063111 (2015).O. R.Rubinas, V. V. Vorobyov, V. V. Soshenko et al., J. Phys.Commun. 2, 115003 (2018).