Suppr超能文献

一种用于原子尺度电场和磁场的量子传感器。

A quantum sensor for atomic-scale electric and magnetic fields.

作者信息

Esat Taner, Borodin Dmitriy, Oh Jeongmin, Heinrich Andreas J, Tautz F Stefan, Bae Yujeong, Temirov Ruslan

机构信息

Peter Grünberg Institute (PGI-3), Forschungszentrum Jülich, Jülich, Germany.

Jülich Aachen Research Alliance (JARA), Fundamentals of Future Information Technology, Jülich, Germany.

出版信息

Nat Nanotechnol. 2024 Oct;19(10):1466-1471. doi: 10.1038/s41565-024-01724-z. Epub 2024 Jul 25.

Abstract

The detection of faint magnetic fields from single-electron and nuclear spins at the atomic scale is a long-standing challenge in physics. While current mobile quantum sensors achieve single-electron spin sensitivity, atomic spatial resolution remains elusive for existing techniques. Here we fabricate a single-molecule quantum sensor at the apex of the metallic tip of a scanning tunnelling microscope by attaching Fe atoms and a PTCDA (3,4,9,10-perylenetetracarboxylic-dianhydride) molecule to the tip apex. We address the molecular spin by electron spin resonance and achieve ~100 neV resolution in energy. In a proof-of-principle experiment, we measure the magnetic and electric dipole fields emanating from a single Fe atom and an Ag dimer on an Ag(111) surface with sub-angstrom spatial resolution. Our method enables atomic-scale quantum sensing experiments of electric and magnetic fields on conducting surfaces and may find applications in the sensing of spin-labelled biomolecules and of spin textures in quantum materials.

摘要

在原子尺度上检测来自单电子和核自旋的微弱磁场是物理学中一个长期存在的挑战。虽然目前的移动量子传感器实现了单电子自旋灵敏度,但现有技术仍难以实现原子空间分辨率。在这里,我们通过将铁原子和一个苝四羧酸二酐(PTCDA)分子附着到扫描隧道显微镜金属针尖的顶端,在针尖顶端制造了一个单分子量子传感器。我们通过电子自旋共振研究分子自旋,并在能量上实现了约100纳电子伏特的分辨率。在一个原理验证实验中,我们以亚埃空间分辨率测量了Ag(111)表面单个铁原子和一个银二聚体发出的磁偶极场和电偶极场。我们的方法能够在导电表面进行电场和磁场的原子尺度量子传感实验,并可能在自旋标记生物分子和量子材料中的自旋纹理传感方面找到应用。

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