The nitrogen-vacancy (NV) centers in diamond have been applied to scanning magnetometer probes combined with atomic force microscopy (AFM) to demonstrate nanometer-scale magnetic sensing and imaging. However, the scanning diamond NV center probe fabrication requires complicated processes including electron-beam lithography and photolithography. In this study, we introduce an alternative method to fabricate a scanning NV probe using laser cutting and focused ion beam (FIB) milling from a bulk diamond hosting an ensemble of NV centers. A few tens of micrometer-sized diamond pieces, cut by laser processing, were attached to the probe end of a quartz tuning-fork-based AFM. Then, it was fabricated into a few-micrometer-sized diamond NV center probe by using a donut-shaped milling pattern in the FIB processing to avoid damage to the diamond probe surface to degrade the NV charged state at the tip apex. By using a home-built scanning NV magnetometer probe microscopy setup, an optically detected magnetic resonance was measured to detect stray magnetic fields demonstrating the imaging of a magnetic structure of approximately 5-μm periodicity from a magnetic tape. This study offers a method with a higher degree of probe-shape control for scanning NV probe that will broaden its application capabilities.

1.
K.
Wagner
,
A.
Kákay
,
K.
Schultheiss
,
A.
Henschke
,
T.
Sebastian
, and
H.
Schultheiss
,
Nat. Nanotechnol.
11
,
432
(
2016
).
2.
Y.
Shi
,
J.
Kahn
,
B.
Niu
,
Z.
Fei
,
B.
Sun
,
X.
Cai
,
B. A.
Francisco
,
D.
Wu
,
Z. X.
Shen
,
X.
Xu
,
D. H.
Cobden
, and
Y. T.
Cui
,
Sci. Adv.
5
,
eaat8799
(
2019
).
3.
J.
Jersch
,
V. E.
Demidov
,
H.
Fuchs
,
K.
Rott
,
P.
Krzysteczko
,
J.
Münchenberger
,
G.
Reiss
, and
S. O.
Demokritov
,
Appl. Phys. Lett.
97
,
152502
(
2010
).
4.
G.
Binning
,
H.
Rohrer
,
C.
Gerber
, and
E.
Weibel
,
Phys. Rev. Lett.
49
,
57
(
1982
).
5.
O.
Kazakova
,
R.
Puttock
,
C.
Barton
,
H.
Corte-León
,
M.
Jaafar
,
V.
Neu
, and
A.
Asenjo
,
J. Appl. Phys.
125
,
060901
(
2019
).
6.
R.
Wiesendanger
,
H. J.
G̈ntherodt
,
G.
G̈ntherodt
,
R. J.
Gambino
, and
R.
Ruf
,
Phys. Rev. Lett.
65
,
247
(
1990
).
7.
Y.
Martin
and
H. K.
Wickramasinghe
,
Appl. Phys. Lett.
50
,
1455
(
1987
).
8.
D.
Vasyukov
,
Y.
Anahory
,
L.
Embon
,
D.
Halbertal
,
J.
Cuppens
,
L.
Neeman
,
A.
Finkler
,
Y.
Segev
,
Y.
Myasoedov
,
M. L.
Rappaport
,
M. E.
Huber
, and
E.
Zeldov
,
Nat. Nanotechnol.
8
,
639
(
2013
).
9.
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
).
10.
F.
Dolde
,
H.
Fedder
,
M. W.
Doherty
,
T.
Nöbauer
,
F.
Rempp
,
G.
Balasubramanian
,
T.
Wolf
,
F.
Reinhard
,
L. C. L.
Hollenberg
,
F.
Jelezko
, and
J.
Wrachtrup
,
Nat. Phys.
7
,
459
(
2011
).
11.
T.
Iwasaki
,
W.
Naruki
,
K.
Tahara
,
T.
Makino
,
H.
Kato
,
M.
Ogura
,
D.
Takeuchi
,
S.
Yamasaki
, and
M.
Hatano
,
ACS Nano
11
,
1238
(
2017
).
12.
K.
Hayashi
,
Y.
Matsuzaki
,
T.
Taniguchi
,
T.
Shimo-Oka
,
I.
Nakamura
,
S.
Onoda
,
T.
Ohshima
,
H.
Morishita
,
M.
Fujiwara
,
S.
Saito
, and
N.
Mizuochi
,
Phys. Rev. Appl.
10
,
034009
(
2018
).
13.
S.
Choe
,
J.
Yoon
,
M.
Lee
,
J.
Oh
,
D.
Lee
,
H.
Kang
,
C. H.
Lee
, and
D.
Lee
,
Curr. Appl. Phys.
18
,
1066
(
2018
).
14.
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
).
15.
L.
Rondin
,
J. P.
Tetienne
,
P.
Spinicelli
,
C.
Dal Savio
,
K.
Karrai
,
G.
Dantelle
,
A.
Thiaville
,
S.
Rohart
,
J. F.
Roch
, and
V.
Jacques
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
153118
(
2012
).
16.
P.
Appel
,
M.
Ganzhorn
,
E.
Neu
, and
P.
Maletinsky
,
New J. Phys.
17
,
112001
(
2015
).
17.
J. P.
Tetienne
,
T.
Hingant
,
L. J.
Martínez
,
S.
Rohart
,
A.
Thiaville
,
L. H.
Diez
,
K.
Garcia
,
J. P.
Adam
,
J. V.
Kim
,
J. F.
Roch
,
I. M.
Miron
,
G.
Gaudin
,
L.
Vila
,
B.
Ocker
,
D.
Ravelosona
, and
V.
Jacques
,
Nat. Commun.
6
,
6733
(
2015
).
18.
L.
Rondin
,
J. P.
Tetienne
,
S.
Rohart
,
A.
Thiaville
,
T.
Hingant
,
P.
Spinicelli
,
J. F.
Roch
, and
V.
Jacques
,
Nat. Commun.
4
,
2279
(
2013
).
19.
J. P.
Tetienne
,
T.
Hingant
,
L.
Rondin
,
S.
Rohart
,
A.
Thiaville
,
E.
Jué
,
G.
Gaudin
,
J. F.
Roch
, and
V.
Jacques
,
J. Appl. Phys.
115
,
17D501
(
2014
).
20.
I.
Gross
,
L. J.
Martínez
,
J. P.
Tetienne
,
T.
Hingant
,
J. F.
Roch
,
K.
Garcia
,
R.
Soucaille
,
J. P.
Adam
,
J. V.
Kim
,
S.
Rohart
,
A.
Thiaville
,
J.
Torrejon
,
M.
Hayashi
, and
V.
Jacques
,
Phys. Rev. B
94
,
064413
(
2016
).
21.
J. P.
Tetienne
,
A.
Lombard
,
D. A.
Simpson
,
C.
Ritchie
,
J.
Lu
,
P.
Mulvaney
, and
L. C. L.
Hollenberg
,
Nano Lett.
16
,
326
(
2016
).
22.
L.
Thiel
,
Z.
Wang
,
M. A.
Tschudin
,
D.
Rohner
,
I.
Gutiérrez-Lezama
,
N.
Ubrig
,
M.
Gibertini
,
E.
Giannini
,
A. F.
Morpurgo
, and
P.
Maletinsky
,
Science
364
,
973
(
2019
).
23.
T. X.
Zhou
,
J. J.
Carmiggelt
,
L. M.
Gächter
,
I.
Esterlis
,
D.
Sels
,
R. J.
Stöhr
,
C.
Du
,
D.
Fernandez
,
J. F.
Rodriguez-Nieva
,
F.
Büttner
,
E.
Demler
, and
A.
Yacoby
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.
118
,
e2019473118
(
2021
).
24.
A.
Gruber
,
A.
Dräbenstedt
,
C.
Tietz
,
L.
Fleury
,
J.
Wrachtrup
, and
C.
Von Borczyskowski
,
Science
276
,
2012
(
1997
).
25.
L.
Rondin
,
J. P.
Tetienne
,
T.
Hingant
,
J. F.
Roch
,
P.
Maletinsky
, and
V.
Jacques
,
Rep. Prog. Phys.
77
,
056503
(
2014
).
26.
See https://qnami.ch/ for Qnami and https://qzabre.com/ for QZABRE.
27.
P.
Appel
,
E.
Neu
,
M.
Ganzhorn
,
A.
Barfuss
,
M.
Batzer
,
M.
Gratz
,
A.
Tschöpe
, and
P.
Maletinsky
,
Rev. Sci. Instrum.
87
,
063703
(
2016
).
28.
T. X.
Zhou
,
R. J.
Stöhr
, and
A.
Yacoby
,
Appl. Phys. Lett.
111
,
163103
(
2017
).
29.
B. G.
Konoplev
,
O. A.
Ageev
,
V. A.
Smirnov
,
A. S.
Kolomiitsev
, and
N. I.
Serbu
,
Russ. Microelectron.
41
,
41
(
2012
).
30.
K.
Akiyama
,
T.
Eguchi
,
T.
An
,
Y.
Fujikawa
,
Y.
Yamada-Takamura
,
T.
Sakurai
, and
Y.
Hasegawa
,
Rev. Sci. Instrum.
76
,
033705
(
2005
).
31.
I.
Bayn
,
B.
Meyler
,
J.
Salzman
, and
R.
Kalish
,
New J. Phys.
13
,
025018
(
2011
).
32.
C.
Santori
,
P. E.
Barclay
,
K. M. C.
Fu
, and
R. G.
Beausoleil
,
Phys. Rev. B
79
,
125313
(
2009
).
33.
J.
Kleinlein
,
T.
Borzenko
,
F.
Münzhuber
,
J.
Brehm
,
T.
Kiessling
, and
L. W.
Molenkamp
,
Microelectron. Eng.
159
,
70
(
2016
).
34.
L.
Marseglia
,
J. P.
Hadden
,
A. C.
Stanley-Clarke
,
J. P.
Harrison
,
B.
Patton
,
Y. L. D.
Ho
,
B.
Naydenov
,
F.
Jelezko
,
J.
Meijer
,
P. R.
Dolan
,
J. M.
Smith
,
J. G.
Rarity
, and
J. L.
O'brien
,
Appl. Phys. Lett.
98
,
189902
(
2011
).
35.
Q.
Jiang
,
D.
Liu
,
G.
Liu
,
Y.
Chang
,
W.
Li
,
X.
Pan
, and
C.
Gu
,
J. Appl. Phys.
116
,
044308
(
2014
).
36.
T.
Jung
,
L.
Kreiner
,
C.
Pauly
,
F.
Mücklich
,
A. M.
Edmonds
,
M.
Markham
, and
C.
Becher
,
Phys. Status Solidi Appl. Mater. Sci.
213
,
3254
(
2016
).
37.
38.
T.
An
,
T.
Nishio
,
T.
Eguchi
,
M.
Ono
,
A.
Nomura
,
K.
Akiyama
, and
Y.
Hasegawa
,
Rev. Sci. Instrum.
79
,
033703
(
2008
).
39.
Y.
Wang
,
Z.
Zhao
,
Z.
Chen
,
L.
Zhang
,
K.
Kang
, and
J.
Deng
,
Appl. Opt.
50
,
6452
(
2011
).
40.
L.
Hacquebard
and
L.
Childress
,
Phys. Rev. A
97
,
063408
(
2018
).
41.
B. J.
Shields
,
Q. P.
Unterreithmeier
,
N. P.
De Leon
,
H.
Park
, and
M. D.
Lukin
,
Phys. Rev. Lett.
114
,
136402
(
2015
).
42.
S.
Bolshedvorskii
,
S.
Bogdanov
,
A.
Zeleneev
,
V.
Soshenko
,
O.
Rubinas
,
D.
Radishev
,
M.
Lobaev
,
A.
Vikharev
,
A.
Gorbachev
,
A.
Smolyaninov
,
V.
Sorokin
, and
A.
Akimov
,
AIP Conf. Proc.
2241
,
020005
(
2020
).
You do not currently have access to this content.