We present umbrella-shaped diamond microstructures with metal mirrors at the bottom in order to improve the amount of collected photons from nitrogen vacancy centers. The metal mirrors at the bottom are self-aligned to the umbrella-shaped diamond microstructures which are selectively grown through holes created on a metal mask. By the finite-difference time-domain simulations, we found that the umbrella-shaped microstructures, which have an effect similar to solid immersion lens, could collect photons more efficiently than bulk or pillar-shaped microstructures. Improvement of the fluorescence intensity by factors of from 3 to 5 is shown experimentally.
References
1.
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
).2.
J. R.
Maze
, P. L.
Stanwix
, J. S.
Hodges
, S.
Hong
, J. M.
Taylor
, P.
Cappellaro
, L.
Jiang
, M. V.
Gurudev Dutt
, E.
Togan
, A. S.
Zibrov
, A.
Yacoby
, R. L.
Walsworth
, and M. D.
Lukin
, Nature
455
, 644
(2008
).3.
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
).4.
R.
Hanson
and D. D.
Awschalom
, Nature
453
, 1043
(2008
).5.
J. R.
Weber
, W. F.
Koehl
, J. B.
Varley
, A.
Janotti
, B. B.
Buckley
, C. G.
Van de Walle
, and D. D.
Awschalom
, Proc. Natl. Acad. Sci. USA
107
, 8513
(2010
).6.
C.-C.
Fu
, H.-Y.
Lee
, K.
Chen
, T.-S.
Lim
, H.-Y.
Wu
, P.-K.
Lin
, P.-K.
Wei
, P.-H.
Tsao
, H.-C.
Chang
, and W.
Fann
, Proc. Natl. Acad. Sci. USA
104
, 727
(2007
).7.
M. W.
Doherty
, N. B.
Manson
, P.
Delaney
, F.
Jelezko
, J.
Wrachtrup
, and L. C. L.
Hollenberg
, Phys. Rep.
528
, 1
(2013
).8.
A.
Gruber
, A.
Dräbenstedt
, C.
Tietz
, L.
Fleury
, J.
Wrachtrup
, and C.
von Borczyskowski
, Science
276
, 2012
(1997
).9.
F.
Jelezko
, T.
Gaebel
, I.
Popa
, A.
Gruber
, and J.
Wrachtrup
, Phys. Rev. Lett.
92
, 076401
(2004
).10.
F.
Jelezko
, C.
Tietz
, A.
Gruber
, I.
Popa
, A.
Nizovtsev
, S.
Kilin
, and J.
Wrachtrup
, Single Mol.
2
, 255
(2001
).11.
T. A.
Kennedy
, J. S.
Colton
, J. E.
Butler
, R. C.
Linares
, and P. J.
Doering
, Appl. Phys. Lett.
83
, 4190
(2003
).12.
L.
Childress
, M. V.
Gurudev Dutt
, J. M.
Taylor
, A. S.
Zibrov
, F.
Jelezko
, J.
Wrachtrup
, P. R.
Hemmer
, and M. D.
Lukin
, Science
314
, 281
(2006
).13.
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
).14.
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
).15.
J. W.
Baldwin
, M. K.
Zalalutdinov
, T.
Feygelson
, B. B.
Pate
, J. E.
Butler
, and B. H.
Houston
, Diamond Relat. Mater.
15
, 2061
(2006
).16.
C. F.
Wang
, R.
Hanson
, D. D.
Awschalom
, E. L.
Hu
, T.
Feygelson
, J.
Yang
, and J. E.
Butler
, Appl. Phys. Lett.
91
, 201112
(2007
).17.
C. F.
Wang
, Y.-S.
Choi
, J. C.
Lee
, E. L.
Hu
, J.
Yang
, and J. E.
Butler
, Appl. Phys. Lett.
90
, 081110
(2007
).18.
B. J. M.
Hausmann
, M.
Khan
, Y.
Zhang
, T. M.
Babinec
, K.
Martinick
, M.
McCutcheon
, P. R.
Hemmer
, and M.
Loncar
, Diamond Relat. Mater.
19
, 621
(2010
).19.
T. M.
Babinec
, B. J. M.
Hausmann
, M.
Khan
, Y.
Zhang
, J. R.
Maze
, P. R.
Hemmer
, and M.
Loncar
, Nat. Nanotechnol.
5
, 195
(2010
).20.
E.
Neu
, P.
Appel
, M.
Ganzhorn
, J.
Miguel-Sanchez
, M.
Lesik
, V.
Mille
, V.
Jacques
, A.
Tallaire
, J.
Achard
, and P.
Maletinsky
, Appl. Phys. Lett.
104
, 153108
(2014
).21.
S. A.
Momenzadeh
, R. J.
Stöhr
, F. F.
de Oliveira
, A.
Brunner
, A.
Denisenko
, S.
Yang
, F.
Reinhard
, and J.
Wrachtrup
, Nano Lett.
15
, 165
(2015
).22.
I.
Aharonovich
, J. C.
Lee
, A. P.
Magyar
, D. O.
Bracher
, and E. L.
Hu
, Laser Photon. Rev.
7
, L61
(2013
).23.
K. J.
Pooley
, J. H.
Joo
, and E. L.
Hu
, APL Mater.
2
, 012111
(2014
).24.
D.
Sovyk
, V.
Ralchenko
, M.
Komlenok
, A. A.
Khomich
, V.
Shershulin
, V.
Vorobyov
, I.
Vlasov
, V.
Konov
, and A.
Akimov
, Appl. Phys. A
118
, 17
(2015
).25.
J. P.
Hadden
, J. P.
Harrison
, A. C.
Stanley-Clarke
, L.
Marseglia
, Y.-L. D.
Ho
, B. R.
Patton
, J. L.
O'Brien
, and J. G.
Rarity
, Appl. Phys. Lett.
97
, 241901
(2010
).26.
M.
Jamali
, I.
Gerhardt
, M.
Rezai
, K.
Frenner
, H.
Fedder
, and J.
Wrachtrup
, Rev. Sci. Instrum.
85
, 123703
(2014
).27.
C.
Wild
, R.
Kohl
, N.
Herres
, W.
Müller-Sebert
, and P.
Koidl
, Diamond Relat. Mater.
3
, 373
(1994
).© 2015 AIP Publishing LLC.
2015
AIP Publishing LLC
You do not currently have access to this content.
