利用金刚石纳米柱阵列增强氮空位系综的宽场量子传感

基于金刚石中光学活性缺陷（如氮空位（NV）中心）的量子传感器，代表了用于磁、电、温度和应变场纳米级传感与成像的一个有前景的平台。增强与此类缺陷的光学接口是提高这些系统测量灵敏度的关键。光子纳米结构通常在单发射体 regime 中为此目的而被采用，但其在NV系综宽场传感中的适用性在很大程度上仍未被探索。在此，我们制备并表征了紧密排布的金刚石纳米柱阵列，每个纳米柱都承载其自身密集的近表面NV中心系综。我们探索了承载NV系综的金刚石纳米柱的最佳几何结构，并实现了增强的自旋和光致发光特性，与未图案化表面相比，其测量灵敏度提高了3倍以上。利用提高的测量灵敏度，我们对阵列中每个纳米柱的力学应力张量进行了成像，并表明与未图案化表面相比，制备工艺对内禀应力的影响可忽略不计。我们的结果表明，金刚石表面的光子纳米结构化是提高基于系综的宽场传感与成像灵敏度的可行策略。