1,720,985 research outputs found
Diamond NV colour centre spin resonance magnetometers: from fundamentals to advanced operation principles
No full textThe first part of the thesis - chapter 1 presents to the reader an introduction into
the rich application potential of NV centres and contextualize their benefits. The
chapter 1 also summarizes the framework of the thesis, and it spells out the
specific aims of the thesis.
Chapter 2 provides a comprehensive description of the NV centre energy
structure, as well as the principles of detection of magnetic resonance in
diamond, utilizing both optical and photoelectric readout methods. The
background knowledge, presented in Chapter 2, gives insights into more
advanced approaches such as Continuous Wave (CW) vector magnetic field
measurements and pulsed quantum protocols. Furthermore, it summarizes the
magnetic field sensitivities of above-mentioned methods. Chapter 2 also briefly
covers the material aspects of diamond and the NV centre engineering and
explains lithography techniques needed for fabrication of diamond devices
including readout electrodes and microwave antennas.
Chapter 3 covers the experimental setup construction used for the ODMR and
PDMR measurements. Also, the diamond device fabrication, entailing lithography
patterning steps on diamond is described here. It provides a summary of the
samples used within this work, as well as the methodology of lithography
processes and device fabrication by using both optical lithography and e-beam
lithography. Finally, it covers the laboratory measurement setups, their layout
and key components, as well as a short description of the software and system
automation.
Next chapters ranging from chapter 4 up to chapter 7 are peer reviewed papers
to which the author significantly contributed as main author or co-author.
Chapter 4 covers the MW triggering detection method that has been developed
and that is utilizing the lock-in readout. This methodology was developed within
this thesis and was successfully patented [29] and published [3]. The benefit of
this method for PDMR is an extraction of the effective portion of the NV electron
spin signal, affected by the microwave field magnetic resonance driving, and
which has a positive effect on the SNR of the signal.
Chapter 5 covers the PDMR magnetic field detection sensitivity optimization and
improvements by utilizing the yellow-green excitation and readout laser.
Chapter 6 expands the PDMR application potential by exploiting the possibility of
a microwave free readout method based on Ground State Level AntiCrossing
(GSLAC) [30]. Chapter 7 covers the single pixel diamond magnetometer device
developed within the student project OSCAR-QUBE, for the ISS onboard mission.
And finally, Chapter 8 is the conclusion of the work done within this thesis and its future outlooks.Het eerste deel van het proefschrift - hoofdstuk 1 - geeft de lezer een inleiding in het rijke toepassingspotentieel van NV-centra en contextualiseert hun voordelen. Hoofdstuk 1 vat ook het kader van het proefschrift samen en
beschrijft de specifieke doelstellingen van het proefschrift.
Hoofdstuk 2 geeft een uitgebreide beschrijving van de energiestructuur van NVcentra, alsmede de beginselen van de detectie van magnetische resonantie in
diamant, waarbij gebruik wordt gemaakt van zowel optische als foto-elektrische
uitleesmethoden. De achtergrondkennis, gepresenteerd in hoofdstuk 2, geeft
inzicht in meer geavanceerde benaderingen zoals Continuous Wave (CW) vector
magnetische veldmetingen en gepulseerde kwantumprotocollen. Voorts wordt
een overzicht gegeven van de magneetveldgevoeligheid van bovengenoemde
methoden. Hoofdstuk 2 behandelt ook kort de materiële aspecten van diamant
en de NV-centrumtechniek en legt de lithografietechnieken uit die nodig zijn
voor de fabricage van diamantapparaten, waaronder uitleeselektroden en
microgolfantennes.
Hoofdstuk 3 behandelt de experimentele opbouw van de ODMR- en PDMRmetingen. Ook de fabricage van diamantapparaten, waarbij lithografische patronen op diamant worden gemaakt, wordt hier beschreven. Het geeft een
overzicht van de in dit werk gebruikte monsters, evenals de methodologie van
de lithografieprocessen en de fabricage van het apparaat met behulp van zowel
optische lithografie als e-beam-lithografie. Ten slotte worden de
meetopstellingen in het laboratorium, de lay-out en de belangrijkste onderdelen
ervan behandeld, evenals een korte beschrijving van de software en de
systeemautomatisering.
De volgende hoofdstukken, van hoofdstuk 4 tot en met hoofdstuk 7, zijn peer
reviewed artikelen waaraan de auteur als hoofdauteur of co-auteur een
belangrijke bijdrage heeft geleverd. Hoofdstuk 4 behandelt de ontwikkelde MWtriggerdetectiemethode die gebruik maakt van de lock-in uitlezing. Deze
methode is binnen dit proefschrift ontwikkeld en met succes gepatenteerd [29]
en gepubliceerd [3]. Het voordeel van deze methode voor PDMR is een extractie
van het effectieve deel van het NV elektronenspinsignaal, dat wordt beïnvloed
door de magnetische resonantiesturing met microgolfveld, en dat een positief
effect heeft op de SNR van het signaal.
Hoofdstuk 5 behandelt de optimalisering van de gevoeligheid van de PDMRmagneetvelddetectie en verbeteringen door gebruik te maken van de geelgroene
excitatie- en uitleeslaser. Hoofdstuk 6 breidt het toepassingspotentieel van
PDMR uit door gebruik te maken van de mogelijkheid van een microgolfvrije
uitleesmethode op basis van Ground State Level AntiCrossing (GSLAC) [30].
Hoofdstuk 7 behandelt de diamantmagnetometer met één pixel, ontwikkeld
binnen het studentenproject OSCAR-QUBE, voor de ISS-boordmissie.
Hoofdstuk 8 tenslotte is de conclusie van het werk dat binnen dit proefschrift is
verricht en de toekomstperspectieven
Diamond NV colour centre spin resonance magnetometers: from fundamentals to advanced operation principles
No full textThe first part of the thesis - chapter 1 presents to the reader an introduction into
the rich application potential of NV centres and contextualize their benefits. The
chapter 1 also summarizes the framework of the thesis, and it spells out the
specific aims of the thesis.
Chapter 2 provides a comprehensive description of the NV centre energy
structure, as well as the principles of detection of magnetic resonance in
diamond, utilizing both optical and photoelectric readout methods. The
background knowledge, presented in Chapter 2, gives insights into more
advanced approaches such as Continuous Wave (CW) vector magnetic field
measurements and pulsed quantum protocols. Furthermore, it summarizes the
magnetic field sensitivities of above-mentioned methods. Chapter 2 also briefly
covers the material aspects of diamond and the NV centre engineering and
explains lithography techniques needed for fabrication of diamond devices
including readout electrodes and microwave antennas.
Chapter 3 covers the experimental setup construction used for the ODMR and
PDMR measurements. Also, the diamond device fabrication, entailing lithography
patterning steps on diamond is described here. It provides a summary of the
samples used within this work, as well as the methodology of lithography
processes and device fabrication by using both optical lithography and e-beam
lithography. Finally, it covers the laboratory measurement setups, their layout
and key components, as well as a short description of the software and system
automation.
Next chapters ranging from chapter 4 up to chapter 7 are peer reviewed papers
to which the author significantly contributed as main author or co-author.
Chapter 4 covers the MW triggering detection method that has been developed
and that is utilizing the lock-in readout. This methodology was developed within
this thesis and was successfully patented [29] and published [3]. The benefit of
this method for PDMR is an extraction of the effective portion of the NV electron
spin signal, affected by the microwave field magnetic resonance driving, and
which has a positive effect on the SNR of the signal.
Chapter 5 covers the PDMR magnetic field detection sensitivity optimization and
improvements by utilizing the yellow-green excitation and readout laser.
Chapter 6 expands the PDMR application potential by exploiting the possibility of
a microwave free readout method based on Ground State Level AntiCrossing
(GSLAC) [30]. Chapter 7 covers the single pixel diamond magnetometer device
developed within the student project OSCAR-QUBE, for the ISS onboard mission.
And finally, Chapter 8 is the conclusion of the work done within this thesis and its future outlooks.Het eerste deel van het proefschrift - hoofdstuk 1 - geeft de lezer een inleiding in het rijke toepassingspotentieel van NV-centra en contextualiseert hun voordelen. Hoofdstuk 1 vat ook het kader van het proefschrift samen en
beschrijft de specifieke doelstellingen van het proefschrift.
Hoofdstuk 2 geeft een uitgebreide beschrijving van de energiestructuur van NVcentra, alsmede de beginselen van de detectie van magnetische resonantie in
diamant, waarbij gebruik wordt gemaakt van zowel optische als foto-elektrische
uitleesmethoden. De achtergrondkennis, gepresenteerd in hoofdstuk 2, geeft
inzicht in meer geavanceerde benaderingen zoals Continuous Wave (CW) vector
magnetische veldmetingen en gepulseerde kwantumprotocollen. Voorts wordt
een overzicht gegeven van de magneetveldgevoeligheid van bovengenoemde
methoden. Hoofdstuk 2 behandelt ook kort de materiële aspecten van diamant
en de NV-centrumtechniek en legt de lithografietechnieken uit die nodig zijn
voor de fabricage van diamantapparaten, waaronder uitleeselektroden en
microgolfantennes.
Hoofdstuk 3 behandelt de experimentele opbouw van de ODMR- en PDMRmetingen. Ook de fabricage van diamantapparaten, waarbij lithografische patronen op diamant worden gemaakt, wordt hier beschreven. Het geeft een
overzicht van de in dit werk gebruikte monsters, evenals de methodologie van
de lithografieprocessen en de fabricage van het apparaat met behulp van zowel
optische lithografie als e-beam-lithografie. Ten slotte worden de
meetopstellingen in het laboratorium, de lay-out en de belangrijkste onderdelen
ervan behandeld, evenals een korte beschrijving van de software en de
systeemautomatisering.
De volgende hoofdstukken, van hoofdstuk 4 tot en met hoofdstuk 7, zijn peer
reviewed artikelen waaraan de auteur als hoofdauteur of co-auteur een
belangrijke bijdrage heeft geleverd. Hoofdstuk 4 behandelt de ontwikkelde MWtriggerdetectiemethode die gebruik maakt van de lock-in uitlezing. Deze
methode is binnen dit proefschrift ontwikkeld en met succes gepatenteerd [29]
en gepubliceerd [3]. Het voordeel van deze methode voor PDMR is een extractie
van het effectieve deel van het NV elektronenspinsignaal, dat wordt beïnvloed
door de magnetische resonantiesturing met microgolfveld, en dat een positief
effect heeft op de SNR van het signaal.
Hoofdstuk 5 behandelt de optimalisering van de gevoeligheid van de PDMRmagneetvelddetectie en verbeteringen door gebruik te maken van de geelgroene
excitatie- en uitleeslaser. Hoofdstuk 6 breidt het toepassingspotentieel van
PDMR uit door gebruik te maken van de mogelijkheid van een microgolfvrije
uitleesmethode op basis van Ground State Level AntiCrossing (GSLAC) [30].
Hoofdstuk 7 behandelt de diamantmagnetometer met één pixel, ontwikkeld
binnen het studentenproject OSCAR-QUBE, voor de ISS-boordmissie.
Hoofdstuk 8 tenslotte is de conclusie van het werk dat binnen dit proefschrift is
verricht en de toekomstperspectieven
Long-term stability assessment of quantum diamond magnetometers in low earth orbit
No full textSpace magnetometry is essential for studying Earth's core and crustal processes as well as space weather monitoring. Modern mission requirements pose challenges to current sensors related to size, weight, and power restrictions while demanding highly sensitive systems. As such, recently emerging quantum sensing technologies are being explored for future Earth Observation missions. One of the promising platforms is the Nitrogen-Vacancy center in diamond. This work demonstrates an initial long-term stability assessment of a quantum diamond-based magnetometer tested in low Earth orbit aboard the International Space Station. Successful operation of the sensor for nine months is presented, where both the sensor performance and measurement parameters remained stable. The deviation of the sensor was evaluated and compared to Earth's magnetic field model, showing no degradation over the mission duration. This study points towards the viability of diamond-based sensors as a compact and stable sensing solution for future space applications
Methodology of the first combined in-flight and ex situ stability assessment of organic-based solar cells for space applications
No full text
Photoelectric detection of electron spin resonance of nitrogen-vacancy centres in diamond
No full textPhotoelectrical imaging and coherent spin-state readout of single nitrogen-vacancy centers in diamond
No full text
- …
