[发明专利]纳米级扫描传感器

权利要求书

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。