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All-Optical dc Nanotesla Magnetometry Using Silicon Vacancy Fine Structure in Isotopically Purified Silicon Carbide

Zitieren Sie bitte immer diese URN: urn:nbn:de:bvb:20-opus-147682
  • We uncover the fine structure of a silicon vacancy in isotopically purified silicon carbide (4H-\(^{28}\)SiC) and reveal not yet considered terms in the spin Hamiltonian, originated from the trigonal pyramidal symmetry of this spin-3/2 color center. These terms give rise to additional spin transitions, which would be otherwise forbidden, and lead to a level anticrossing in an external magnetic field. We observe a sharp variation of the photoluminescence intensity in the vicinity of this level anticrossing, which can be used for a purelyWe uncover the fine structure of a silicon vacancy in isotopically purified silicon carbide (4H-\(^{28}\)SiC) and reveal not yet considered terms in the spin Hamiltonian, originated from the trigonal pyramidal symmetry of this spin-3/2 color center. These terms give rise to additional spin transitions, which would be otherwise forbidden, and lead to a level anticrossing in an external magnetic field. We observe a sharp variation of the photoluminescence intensity in the vicinity of this level anticrossing, which can be used for a purely all-optical sensing of the magnetic field. We achieve dc magnetic field sensitivity better than 100  nT/√Hz within a volume of 3×10\(^{−7}\)mm\(^3\) at room temperature and demonstrate that this contactless method is robust at high temperatures up to at least 500 K. As our approach does not require application of radio-frequency fields, it is scalable to much larger volumes. For an optimized light-trapping waveguide of 3  mm\(^3\), the projection noise limit is below 100  fT/√Hz.zeige mehrzeige weniger

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Autor(en): D. Simin, V. A. Soltamov, A. V. Poshakinskiy, A. N. Anisimov, R. A. Babunts, D. O. Tolmachev, E. N. Mokhov, M. Trupke, S. A. Tarasenko, A. Sperlich, P. G. Baranov, V. Dyakonov, G. V. Astakhov
URN:urn:nbn:de:bvb:20-opus-147682
Dokumentart:Artikel / Aufsatz in einer Zeitschrift
Institute der Universität:Fakultät für Physik und Astronomie / Physikalisches Institut
Sprache der Veröffentlichung:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes / der Zeitschrift (Englisch):Physical Review X
Erscheinungsjahr:2016
Band / Jahrgang:6
Seitenangabe:031014
Originalveröffentlichung / Quelle:Physical Review X 6, 031014 (2016) DOI: 10.1103/PhysRevX.6.031014
DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevX.6.031014
Allgemeine fachliche Zuordnung (DDC-Klassifikation):5 Naturwissenschaften und Mathematik / 53 Physik / 530 Physik
Freie Schlagwort(e):condensed matter physics; optoelectronics; spintronics
Datum der Freischaltung:17.05.2017
Sammlungen:Open-Access-Publikationsfonds / Förderzeitraum 2016
Lizenz (Deutsch):License LogoCC BY: Creative-Commons-Lizenz: Namensnennung