Verbundprojekt: Basistechnologien für skalierbare Diamant-Quantensensoren - QSCALE - B

Abstract

Das Hauptziel des Projekts war die Entwicklung einer Technologie, die eine Skalierung der Produktion von Diamant-Quantensensoren ermöglicht. Das Ziel des Forschungsteams der Universität Ulm war es, eine skalierbare Synthese von Diamanten für Quantensensorik-Anwendungen zu realisieren und die Kohärenzeigenschaften von synthetischen Diamanten zu optimieren, um eine hohe Empfindlichkeit zu erreichen. Die Kohärenzzeit von NV-Zentren in Diamanten wird durch parasitäre Defekte begrenzt. Stickstoffdefekte wie der Substitutionsstickstoffdefekt (N) oder der Stickstoff-Vakanz Wasserstoff-Komplex (NVH) überwiegen gegenüber dem Stickstoff-Vakanz-Defekt (NV) um mindestens eine Größenordnung und erzeugen ein dichtes Spingitter. Daher ist die Kontrolle des Spinsbads von entscheidender Bedeutung für die Herstellung und das Verständnis von künstlich hergestelltem Diamantmaterial mit hohen NV-Konzentrationen für Quantenanwendungen. In unserem QCALE-Projekt haben wir submikrometerdünne Diamantschichten untersucht und die NV-Zentren in den Schichten als lokale Nanosensoren erforscht. Wir demonstrieren den Nachweis von NVH−-Zentren mittels doppelter Elektron-Elektron-Resonanz (DEER). Unsere Experimente ermöglichten es uns, die Zusammensetzung des Spinbads im Nanobereich zu untersuchen und einen schnellen Feedback-Loop bei der Optimierung von CVD-Rezepturen mit dünnen Diamantschichten anstelle von ressourcen- und zeitintensiven Bulk-Kristallen zu realisieren. Darüber hinaus spielt die Quantifizierung von NVH− eine sehr wichtige Rolle für das Verständnis der Dynamik von Leerstellen und der Einlagerung von Wasserstoff in CVD-Diamanten, die für Quantentechnologien optimiert sind.