详情

原文传递纳米级扫描传感器

专利名称：	纳米级扫描传感器
摘要：	本公开涉及纳米级扫描传感器。感测探头可以由包括一个或多个自旋缺陷的金刚石材料形成，所述自旋缺陷被构造为发射荧光，并且位于离感测探头的感测表面不超过50nm。感测探头可以包括光学解耦结构，所述光学解耦结构由所述金刚石材料形成，并且被构造为光学地将所述荧光引向光学解耦结构的输出端。光学探测器可以探测所述荧光，所述荧光从自旋缺陷发射，并且在被光学地引导通过光学解耦结构的输出端之后通过光学解耦结构的输出端出射。安装系统可以保持感测探头，并且在允许感测探头的感测表面与采样的表面之间的相对运动的同时控制感测表面与样本表面之间的距离。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	美国;US
申请人：	哈佛学院院长及董事
发明人：	M·S·格瑞诺德斯;洪晟根;P·梅勒丁斯基;A·亚考贝
专利状态：	有效
申请日期：	2013-08-20T00:00:00+0800
发布日期：	2019-05-17T00:00:00+0800
申请号：	CN201910017535.2
公开号：	CN109765257A
代理机构：	中国国际贸易促进委员会专利商标事务所
代理人：	刘倜
分类号：	G01N24/10(2006.01);G;G01;G01N;G01N24
申请人地址：	美国马萨诸塞
主权项：	1.一种由金刚石材料形成的感测探头，所述感测探头包括：一个或多个自旋缺陷，所述自旋缺陷被构造为发射荧光；和光学解耦结构，所述光学解耦结构由所述金刚石材料形成，所述光学解耦结构被构造为光学地将所述一个或多个自旋缺陷发射的荧光引向所述光学解耦结构的输出端，其中，包括所述光学解耦结构的所述感测探头由具有长度大于1μm的至少一个线性尺寸的金刚石组件形成，其中，所述一个或多个自旋缺陷通过使用50-150W的RF功率对尖端进行弱氧蚀刻而形成以位于离所述感测探头的感测表面不超过20nm，以及其中，所述一个或多个自旋缺陷的退相干时间大于100μsec。 2.根据权利要求1所述的感测探头，其中，所述一个或多个自旋缺陷位于离所述感测探头的感测表面不超过15nm、12nm或10nm。 3.根据权利要求1所述的感测探头，其中，所述一个或多个自旋缺陷是NV-(氮-空位)缺陷。 4.根据权利要求1所述的感测探头，其中，所述一个或多个自旋缺陷的退相干时间大于200μsec、300μsec、500μsec或700μsec。 5.根据权利要求1所述的感测探头，其中，包括所述光学组件的所述感测探头由单晶金刚石材料形成。 6.根据权利要求1所述的感测探头，其中，所述光学解耦结构由下列之一形成：纳米柱；固体浸没透镜；或者经由内反射形成。 7.根据权利要求6所述的感测探头，其中，所述光学解耦结构由纳米柱形成。 8.根据权利要求7所述的感测探头，其中，所述纳米柱具有100nm与300nm之间的直径、以及0.5μm与5μm之间的长度。 9.根据权利要求1所述的感测探头，其中，所述感测探头包括不多于50、30、10、5、3、2或1个的自旋缺陷，所述自旋缺陷位于离所述感测表面不超过50nm，并且光学地耦合到所述光学解耦结构。 10.根据权利要求1所述的感测探头，其中，所述感测探头包括位于离所述感测表面不超过50nm并且光学地耦合到所述光学解耦结构的层的形式的多于50个的自旋缺陷。 11.一种系统，包括：根据权利要求1所述的感测探头；光学激发源，所述光学激发源被构造为产生朝向所述一个或多个自旋缺陷的、使所述一个或多个自旋缺陷发荧光的激发光；光学探测器，所述光学探测器被构造为探测所述荧光，所述荧光从所述一个或多个自旋缺陷发射，并且在被光学地引导通过所述光学解耦结构之后通过所述光学解耦结构的输出端出射；和安装系统，所述安装系统被构造为保持所述感测探头，并且在允许所述感测探头的感测表面与样本表面之间的相对运动的同时控制所述感测探头的感测表面与样本的表面之间的距离，其中，所述系统被构造为具有好于50nT Hz-1/2的AC磁场探测灵敏度或好于4μT Hz-1/2的DC磁场探测灵敏度。 12.根据权利要求11所述的系统，其中，所述安装系统包括AFM(原子力显微镜)。 13.根据权利要求11所述的系统，包括耦合到所述安装系统并且被构造为光学地寻址并且读出所述一个或多个自旋缺陷的光学显微镜。 14.根据权利要求11所述的系统，还包括微波源，并且其中，所述微波源被构造为产生调谐为所述自旋缺陷中的至少一个的共振频率的微波。 15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述一个或多个自旋缺陷是NV缺陷，并且其中，所述系统被构造为通过测量所述NV缺陷的自旋状态的Zeeman偏移来探测外部磁场。 16.根据权利要求15所述的系统，其中，所述微波包括自旋去耦脉冲序列，并且其中，所述序列包括下列中的至少一个： Hahn自旋回波脉冲序列； CPMG(Carr Purcell Meiboom Gill)脉冲序列； XY脉冲序列；和 MREVB脉冲序列。 17.根据权利要求11所述的系统，其中，所述系统被构造为具有好于25、10或5nT Hz-1/2的AC磁场探测灵敏度。 18.根据权利要求11所述的系统，其中，所述系统被构造为具有好于1或0.5μT Hz-1/2的DC磁场探测灵敏度。 19.根据权利要求11所述的系统，其中，所述系统被构造为分辨样本中的单个自旋缺陷。 20.根据权利要求19所述的系统，其中，在信噪比为2的情况下单个自旋成像所需的积分时间短于5min、3min、2min、1min、30秒、15秒、10秒、5秒、2秒、1秒或0.5秒。
所属类别：	发明专利