Un microscopio de sonda de escaneo compatible con la detección cuántica en condiciones ambientales

Diseñamos y construimos un nuevo tipo de microscopio de sonda de escaneo (SPM) ambiental, que es totalmente compatible con la tecnología de detección cuántica de última generación basada en los centros de vacío de nitrógeno (NV) en diamante. Elegimos un tenedor de afinación tipo qPlus (Q de hasta ∼4400) como el sensor de corriente/fuerza del SPM por su alta rigidez y estabilidad en diversos entornos, lo que proporciona resolución atómica en modo de microscopía de túneles de escaneo y resolución de 1.2 nm en modo de microscopía de fuerza atómica. La punta del SPM puede utilizarse para imágenes directas de la topografía de objetivos a nanoescala en superficies de diamante para detección cuántica y para manipular el entorno electrostático de los centros NV para mejorar su sensibilidad hasta un solo espín de protón. Además, también demostramos magnetometría y electrometría de escaneo con una resolución espacial de ∼20 nm. Nuestro nuevo sistema no solo allana el camino para integrar qubits de color de centro a escala atómica/molecular en puntas de SPM para producir puntas cuánticas, sino que también proporciona la posibilidad de fabricar qubits de color de centro con precisión a nanoescala o atómica.