En route vers une technologie de capteur supérieure et une imagerie dans la gamme nano avec des sondes diamant optimisées


En route vers une technologie de capteur supérieure et une imagerie dans la gamme nano avec des sondes diamant optimisées

Imagerie de la structure du domaine dans bande magnétique avec une à balayage NV. Une sonde centrale à balayage en diamant NV produite par fraisage FIB démontre l’imagerie de la structure du domaine magnétique d’une bande magnétique. Crédit photo : Toshu An de JAIST.

De la découverte micro-organismes en biologie à la cartographie des atomes en physique, l’imagerie microscopique a amélioré notre compréhension du monde et a été à l’origine de nombreuses avancées scientifiques. Avec l’avènement de la spintronique et des dispositifs magnétiques miniatures, il existe un besoin croissant d’imagerie à l’échelle nanométrique pour détecter les propriétés quantiques de la matière, telles que les spins des électrons, les structures de domaine magnétique dans les ferromagnétiques et les tourbillons magnétiques dans les supraconducteurs.

Cela se fait généralement en ajoutant des capteurs magnétiques aux techniques de microscopie standard, telles que la microscopie à effet tunnel et la microscopie à force atomique (AFM), pour créer des « sondes à balayage magnétique » qui permettent l’imagerie et la détection à l’échelle nanométrique. Cependant, ces sondes nécessitent souvent des conditions de vide ultra-élevé, des températures extrêmement basses et sont limitées en résolution spatiale par la taille de la sonde.

À cet égard, les centres de lacunes d’azote (VN) dans le diamant (défauts dans la structure du diamant formés par des atomes d’azote en plus des « lacunes » créées par des atomes manquants) ont suscité un intérêt considérable. Il s’est avéré que la paire NV peut être combinée avec l’AFM pour obtenir une imagerie magnétique locale et peut être utilisée à et pression ambiantes. Cependant, la fabrication de ces sondes nécessite des techniques complexes qui ne permettent pas une grande maîtrise de la forme et de la taille de la sonde.

Dans une nouvelle étude dirigée par le professeur agrégé Toshu An du Japan Advanced Institute of Science and Technology (JAIST) et Yuta Kainuma, un Ph.D. Un étudiant de JAIST, en collaboration avec des chercheurs de l’Université de Kyoto, au Japon, et de l’Institut national des sciences et technologies industrielles avancées du Japon, a étudié ce sujet et fabriqué des sondes en diamant à boîtier NV à l’aide d’une nouvelle technique utilisant la découpe au laser et un faisceau d’ions focalisé. (FIB) combinés. Traitement qui permet à la fois un degré élevé de liberté de traitement et un contrôle sur la forme de la sonde. Cet article a été mis en ligne le 28 décembre 2021 et se trouve dans le Volume 130, Numéro 24 de. publié Journal de physique appliquée.

Tout d’abord, l’équipe a créé des centres NV en diamant solide en implantant des ions d’azote. Ensuite, ils ont poli la surface opposée et ont produit plusieurs pièces en forme de tige avec une découpe au laser. Ils ont attaché l’une des tiges de diamant à la pointe d’une sonde AFM et ont utilisé le traitement FIB pour façonner la face de la tige de diamant dans la forme finale de la sonde. « Le FIB utilise des ions gallium pour façonner la sonde. Cependant, ces ions peuvent créer des lacunes dans la structure du diamant qui modifient l’état de charge du défaut NV. Pour éviter cela, nous avons utilisé un motif de fraisage en forme de beignet autour du centre de la sonde pour éviter d’endommager le centre NV », explique le Dr An, 3 µm et une longueur de 6 µm.

L’équipe a utilisé la sonde pour imager la structure du domaine magnétique périodique dans une bande magnétique. « Nous avons cartographié les champs magnétiques parasites de la structure du domaine magnétique en cartographiant l’intensité de la photoluminescence à une fréquence micro-onde fixe et les fréquences de résonance dans les spectres de résonance magnétique enregistrés optiquement », explique le Dr. Au.

L’équipe est optimiste quant au fait que le nouveau processus de fabrication étendra l’applicabilité des sondes d’imagerie quantique. « Ces dernières années, des efforts ont été déployés pour développer de nouveaux dispositifs permettant de résoudre les problèmes environnementaux et énergétiques et d’atteindre une prospérité durable pour la société humaine. La mesure quantique et la technologie des capteurs devraient réformer complètement le système qui soutient l’infrastructure sociale à l’avenir. À cet égard, notre technologie de fabrication pourrait aider à accroître les efforts pour réaliser l’imagerie quantique à l’échelle nano », a déclaré le Dr An.


La technologie combinée avec des sondes en diamant permet l’imagerie à l’échelle nanométrique des structures de vortex magnétiques


Plus d’information:
Yuta Kainuma et al., Sonde magnétométrique centrale à balayage Diamond NV, fabriquée par découpe laser et fraisage par faisceau d’ions focalisé, Journal de physique appliquée (2021). DOI : 10.1063 / 5.0072973

Fourni par le Japan Advanced Institute of Science and Technology

Devis: En route vers une technologie de capteurs et une imagerie supérieures dans la gamme nano avec des sondes diamant (2022, 13 janvier), consulté le 13 janvier 2022 à partir de https://phys.org/news/2022-01-superior-nanoscale- imagerie optimisée -diamond.html

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