[实用新型]一种氮空位色心传感器

说明书

本实用新型提供了一种氮空位色心传感器，包括：电路板；所述电路板上设置有电极；音叉器件；所述音叉器件的末端与电路板的电极电气连接；转接梁；所述转接梁设置于所述音叉器件的前端；所述转接梁可透过氮空位色心所发出的荧光及激发氮空位色心的激光；金刚石基片；所述金刚石基片的一面与转接梁相连接；相对的一面设置有金刚石纳米柱波导阵列；所述金刚石纳米柱波导上设置有氮空位色心。与现有技术相比，本实用新型提供的传感器设置有金刚石纳米柱波导阵列，形成多个含有氮空位色心的探头，提高了氮空位色心传感器的效率和使用寿命；并且其设置于金刚石基片，通过转接梁连接，增强探头的刚度；进一步地通过设置金刚石纳米柱波导的形状提升了其灵敏度。

技术领域

本实用新型属于扫描传感器技术领域，尤其涉及一种氮空位色心传感器。

背景技术

氮空位色心(NV色心)是金刚石中的一种固态点缺陷，由一个氮原子和邻近一个空位构成，是自旋为1的三能级结构系统。氮空位色心的量子态可以通过激光进行初始化，使用微波进行量子操控，并通过荧光进行读出。NV色心可作为一种分子尺度的灵敏传感器，用于测量环境中的磁场、温度、电场等物理量，这些物理量会引起NV色心的电子自旋能级发生变化，通过测试NV能级的扰动可以反推出这些物理量的大小。将金刚石中的NV色心做成扫描传感器，结合原子力显微镜扫描系统可以实现对被测目标的纳米级扫描成像，获取目标的磁场、电场、温度等图像。

此类基于NV色心的扫描传感器目前主要使用单个金刚石纳米颗粒或单根金刚石纳米柱作为扫描探头。

使用金刚石纳米颗粒作为探针，主要有两种使用方式。第一种将金刚石纳米颗粒撒在待测样品上。尺寸10nm左右的纳米颗粒使得NV色心可以探测到样品表面近达10nm以内的信号。但是含有单个NV色心的金刚石纳米颗粒产率低，同时将金刚石颗粒撒落在样品表面的方式随机性较大，以及纳米颗粒只能探测附近的样品信号，难以进行大范围的样品信号成像。第二种使用光纤头拾取金刚石纳米颗粒。光纤头的移动可以带动金刚石纳米颗粒进行移动，进行样品表面信号成像。但是由于光纤头和样品分布在金刚石纳米颗粒的两侧，收集荧光信号的物镜只能放在样品一侧，只能测量透明样品，造成限制。

单根纳米柱型探针是十微米级金刚石基片上只有一根纳米级柱状光波导，NV色心在距离纳米柱前端10nm以内，可结合AFM系统直接对样品进行扫描成像。但是单根纳米柱型探针的产率低，工艺复杂，单个NV色心损坏后只能中断扫描，更换探针，不能实现连续不间断测量。

综上所述，已有NV色心扫描传感器方案主要存在NV色心品质较差、灵敏度低、探针制作良品率不高、探针寿命较短等问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型要解决的技术问题在于提供一种刚度较大且灵敏度较高的氮空位色心传感器。

本实用新型提供了一种氮空位色心传感器，包括：

电路板；所述电路板上设置有电极；

音叉器件；所述音叉器件的末端与电路板的电极电气连接；

转接梁；所述转接梁设置于所述音叉器件的前端；所述转接梁可透过氮空位色心所发出的荧光及激发氮空位色心的激光；

金刚石基片；所述金刚石基片的一面与转接梁相连接；相对的一面设置有金刚石纳米柱波导阵列；所述金刚石纳米柱波导上设置有氮空位色心。

优选的，所述金刚石纳米柱波导为圆台形状。

优选的，所述圆台形状的上表面直径为200～800nm；边倾角为5°～30°；高度为0.3～2μm。

优选的，所述金刚石纳米柱波导上氮空位色心从表面开始深度为3～50nm。