We present the development of an optically detected magnetic resonance (ODMR) system, which enables us to perform the ODMR measurements of a single defect in solids at high frequencies and high magnetic fields. Using the high-frequency and high-field ODMR system, we demonstrate 115 GHz continuous-wave and pulsed ODMR measurements of a single nitrogen-vacancy (NV) center in a diamond crystal at the magnetic field of 4.2 T as well as investigation of field dependence (0–8 T) of the longitudinal relaxation time (T1) of NV centers in nanodiamonds.
References
1.
A.
Gruber
, A.
Dräbenstedt
, C.
Tietz
, L.
Fleury
, J.
Wrachtrup
, and C.
von Borczyskowski
, Science
276
, 2012
(1997
).2.
T. A.
Kennedy
, J. S.
Colton
, J. E.
Butler
, R. C.
Linares
, and P. J.
Doering
, Appl. Phys. Lett.
83
, 4190
(2003
).3.
T.
Gaebel
, M.
Domhan
, I.
Popa
, C.
Wittmann
, P.
Neumann
, F.
Jelezko
, J. R.
Rabeau
, N.
Stavrias
, A. D.
Greentree
, S.
Prawer
, J.
Meijer
, J.
Twamley
, P. R.
Hemmer
, and J.
Wrachtrup
, Nat. Phys.
2
, 408
(2006
).4.
L.
Childress
, M. V. G.
Dutt
, J. M.
Taylor
, A. S.
Zibrov
, F.
Jelezko
, J.
Wrachtrup
, P. R.
Hemmer
, and M. D.
Lukin
, Science
314
, 281
(2006
).5.
G.
Balasubramanian
, P.
Neumann
, D.
Twitchen
, M.
Markham
, R.
Kolesov
, N.
Mizuochi
, J.
Isoya
, J.
Achard
, J.
Beck
, J.
Tissler
, V.
Jacques
, P. R.
Hemmer
, F.
Jelezko
, and J.
Wrachtrup
, Nat. Mater.
8
, 383
(2009
).6.
S.
Takahashi
, R.
Hanson
, J.
van Tol
, M. S.
Sherwin
, and D. D.
Awschalom
, Phys. Rev. Lett.
101
, 047601
(2008
).7.
F.
Jelezko
, T.
Gaebel
, I.
Popa
, A.
Gruber
, and J.
Wrachtrup
, Phys. Rev. Lett.
92
, 076401
(2004
).8.
R.
Hanson
, O.
Gywat
, and D. D.
Awschalom
, Phys. Rev. B
74
, 161203
R (2006
).9.
R.
Hanson
, V. V.
Dobrovitski
, A. E.
Feiguin
, O.
Gywat
, and D. D.
Awschalom
, Science
320
, 352
(2008
).10.
R. J.
Epstein
, F. M.
Mendoza
, Y. K.
Kato
, and D. D.
Awschalom
, Nat. Phys.
1
, 94
(2005
).11.
Z.-H.
Wang
and S.
Takahashi
, Phys. Rev. B
87
, 115122
(2013
).12.
M. V. G.
Dutt
, L.
Childress
, L.
Jiang
, E.
Togan
, J.
Maze
, F.
Jelezko
, A. S.
Zibrov
, P. R.
Hemmer
, and M. D.
Lukin
, Science
316
, 1312
(2007
).13.
G. D.
Fuchs
, V. V.
Dobrovitski
, D. M.
Toyli
, F. J.
Heremans
, and D. D.
Awschalom
, Science
326
, 1520
(2009
).14.
P.
Neumann
, R.
Kolesov
, B.
Naydenov
, J.
Beck
, F.
Rempp
, M.
Steiner
, V.
Jacques
, G.
Balasubramanian
, M. L.
Markham
, D. J.
Twitchen
, S.
Pezzagna
, J.
Meijer
, J.
Twamley
, F.
Jelezko
, and J.
Wrachtrup
, Nat. Phys.
6
, 249
(2010
).15.
H.
Bernien
, B.
Hensen
, W.
Pfaff
, G.
Koolstra
, M. S.
Blok
, L.
Robledo
, T. H.
Taminiau
, M.
Markham
, D. J.
Twitchen
, L.
Childress
, and R.
Hanson
, Nature
497
, 86
(2013
).16.
C. L.
Degen
, Appl. Phys. Lett.
92
, 243111
(2008
).17.
G.
Balasubramanian
, I. Y.
Chan
, R.
Kolesov
, M.
Al-Hmoud
, J.
Tisler
, C.
Shin
, C.
Kim
, A.
Wojcik
, P. R.
Hemmer
, A.
Krueger
, T.
Hanke
, A.
Leitenstorfer
, R.
Bratschitsch
, F.
Jelezko
, and J.
Wrachtrup
, Nature
455
, 648
(2008
).18.
J. R.
Maze
, P. L.
Stanwix
, J. S.
Hodges
, S.
Hong
, J. M.
Taylor
, P.
Cappellaro
, L.
Jiang
, M. V. G.
Dutt
, E.
Togan
, A. S.
Zibrov
, A.
Yacoby
, R. L.
Walsworth
, and M. D.
Lukin
, Nature
455
, 644
(2008
).19.
J. M.
Taylor
, P.
Cappellaro
, L.
Childress
, L.
Jiang
, D.
Budker
, P. R.
Hemmer
, A.
Yacoby
, R.
Walsworth
, and M. D.
Lukin
, Nat. Phys.
4
, 810
(2008
).20.
P.
Maletinsky
, S.
Hong
, M. S.
Grinolds
, B.
Hausmann
, M. D.
Lukin
, R. L.
Walsworth
, M.
Loncar
, and A.
Yacoby
, Nat. Nanotechnol.
7
, 320
(2012
).21.
M. S.
Grinolds
, S.
Hong
, P.
Maletinsky
, L.
Luan
, M. D.
Lukin
, R. L.
Walsworth
, and A.
Yacoby
, Nat. Phys.
9
, 215
(2013
).22.
H. J.
Mamin
, M.
Kim
, M. H.
Sherwood
, C. T.
Rettner
, K.
Ohno
, D. D.
Awschalom
, and D.
Rugar
, Science
339
, 557
(2013
).23.
T.
Staudacher
, F.
Shi
, S.
Pezzagna
, J.
Meijer
, J.
Du
, C. A.
Meriles
, F.
Reinhard
, and J.
Wrachtrup
, Science
339
, 561
(2013
).24.
K.
Ohashi
, K.
Ohashi
, T.
Rosskopf
, H.
Watanabe
, M.
Loretz
, Y.
Tao
, R.
Hauert
, S.
Tomizawa
, T.
Ishikawa
, J.
Ishi-Hayase
, S.
Shikata
, C. L.
Degen
, and K. M.
Itoh
, Nano Lett.
13
, 4733
(2013
).25.
C.
Müller
, X.
Kong
, J.-M.
Cai
, K.
Melentijević
, A.
Stacey
, M.
Markham
, D.
Twitchen
, J.
Isoya
, S.
Pezzagna
, J.
Meijer
, J. F.
Du
, M. B.
Plenio
, B.
Naydenov
, L. P.
McGuinness
, and F.
Jelezko
, Nat. Commun.
5
, 4703
(2014
).26.
G.
de Lange
, T.
van der Sar
, M.
Blok
, Z.-H.
Wang
, V.
Dobrovitski
, and R.
Hanson
, Sci. Rep.
2
, 382
(2012
).27.
H. J.
Mamin
, M. H.
Sherwood
, and D.
Rugar
, Phys. Rev. B
86
, 195422
(2012
).28.
A.
Laraoui
, J. S.
Hodges
, and C. A.
Meriles
, Nano Lett.
12
, 3477
(2012
).29.
A.
Sushkov
, I.
Lovchinsky
, N.
Chisholm
, R.
Walsworth
, H.
Park
, and M.
Lukin
, Phys. Rev. Lett.
113
, 197601
(2014
).30.
S.
Steinert
, F.
Ziem
, L. T.
Hall
, A.
Zappe
, M.
Schweikert
, N.
Götz
, A.
Aird
, G.
Balasubramanian
, L.
Hollenberg
, and J.
Wrachtrup
, Nat. Commun.
4
, 1607
(2013
).31.
S.
Kaufmann
, D. A.
Simpson
, L. T.
Hall
, V.
Perunicic
, P.
Senn
, S.
Steinert
, L. P.
McGuinness
, B. C.
Johnson
, T.
Ohshima
, F.
Caruso
, J.
Wrachtrup
, R. E.
Scholten
, P.
Mulvaney
, and L.
Hollenberg
, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.
110
, 10894
(2013
).32.
S.
Takahashi
, J.
van Tol
, C. C.
Beedle
, D. N.
Hendrickson
, L.-C.
Brunel
, and M. S.
Sherwin
, Phys. Rev. Lett.
102
, 087603
(2009
).33.
S.
Takahashi
, I. S.
Tupitsyn
, J.
van Tol
, C. C.
Beedle
, D. N.
Hendrickson
, and P. C. E.
Stamp
, Nature
476
, 76
(2011
).34.
D. T.
Edwards
, S.
Takahashi
, M. S.
Sherwin
, and S.
Han
, J. Magn. Reson.
223
, 198
(2012
).35.
Z.
Wang
, S.
Datta
, C.
Papatriantafyllopoulou
, G.
Christou
, N. S.
Dalal
, J.
van Tol
, and S.
Hill
, Polyhedron
30
, 3193
(2011
).36.
F. H.
Cho
, V.
Stepanov
, and S.
Takahashi
, Rev. Sci. Instrum.
85
, 075110
(2014
).37.
C.
Abeywardana
, V.
Stepanov
, F. H.
Cho
, and S.
Takahashi
, SPIE Proc.
9269
, 92690
K (2014
).38.
Y.-R.
Chang
, H.-Y.
Lee
, K.
Chen
, C.-C.
Chang
, D.-S.
Tsai
, C.-C.
Fu
, T.-S.
Lim
, Y.-K.
Tzeng
, C.-Y.
Fang
, C.-C.
Han
, H.-C.
Chang
, and W.
Fann
, Nat. Nanotechnol.
3
, 284
(2008
).39.
P.
Neumann
, N.
Mizuochi
, F.
Rempp
, P.
Hemmer
, H.
Watanabe
, S.
Yamasaki
, V.
Jacques
, T.
Gaebel
, F.
Jelezko
, and J.
Wrachtrup
, Science
320
, 1326
(2008
).40.
J.-P.
Tetienne
, T.
Hingant
, L.
Rondin
, A.
Cavaills
, L.
Mayer
, G.
Dantelle
, T.
Gacoin
, J.
Wrachtrup
, J.-F.
Roch
, and V.
Jacques
, Phys. Rev. B
87
, 235436
(2013
).41.
T.
Rosskopf
, A.
Dussaux
, K.
Ohashi
, M.
Loretz
, R.
Schirhagl
, H.
Watanabe
, S.
Shikata
, K.
Itoh
, and C.
Degen
, Phys. Rev. Lett.
112
, 147602
(2014
).42.
B.
Myers
, A.
Das
, M.
Dartiailh
, K.
Ohno
, D.
Awschalom
, and A. B.
Jayich
, Phys. Rev. Lett.
113
, 027602
(2014
).43.
L. B.
Casabianca
, A. I.
Shames
, A. M.
Panich
, O.
Shenderova
, and L.
Frydman
, J. Phys. Chem. C
115
, 19041
(2011
).© 2015 AIP Publishing LLC.
2015
AIP Publishing LLC
You do not currently have access to this content.
