Demonstration of NV-detected ESR spectroscopy at 115 GHz and 4.2 Tesla

用于片上电子自旋共振研究的磁性微晶的捕获

Entrapment of magnetic micro-crystals for on-chip electron spin resonance studies

磁性分子的片上电子自旋共振（ESR）需要能够将纳米尺寸的样品精确地定位在电磁场的波腹中以实现最大的磁相互作用。一种方法被开发以在衬底表面上的明确限定的位置中捕获包含自旋的微晶。然后在介观晶体上以34 GHz进行传统的腔ESR测量。多晶稀释的Cr $^{5+}$自旋也被捕获，并在接近ESR灵敏度下限时进行测量。这种方法表明，在稀释制冷机温度下，通过使样品的定位在芯片上的超导腔的顶部的片上ESR测量的可行性。

电子自旋共振低温扫描隧道显微镜的改进

Upgrade of a low-temperature scanning tunneling microscope for electron-spin resonance

电子自旋共振扫描隧道显微镜（ESR-STM）结合了自旋共振光谱的高能量分辨率与STM的原子尺度控制和空间分辨率。在这里，我们描述了升级的氦-3 STM与二维矢量场磁铁（$B_z$ = 8.0 T，$B_x$ = 0.8 T）的ESR-STM。该系统能够以高达30 GHz的频率向隧道结提供RF功率。我们对模型体系TiH/MgO/Ag（100）进行了磁场扫描ESR，发现了一个磁矩为$(1.004 \pm 0.001)$ $μ_B$ .我们的升级可以在DC模式和超快脉冲模式之间切换，在DC模式下，STM使用常规控制电子设备操作，而超快脉冲模式使用任意波形发生器进行泵浦-探测光谱或读取自旋状态。这两种模式都允许同时进行射频激励，我们通过电阻敏感T形传感器将其添加到偏置电压路径。从室温到350 mK级的射频电缆在5和25 GHz之间的平均衰减为18 dB。350 mK级和STM尖端之间的电缆段目前在10到26 GHz之间衰减额外的$34_{-3}^{+5}$ dB，在20到30 GHz之间衰减额外的$38_{-2}^{+3}$ dB。我们讨论我们的传输损耗，并指出减少这种衰减的方法。我们最后演示了如何同步的RF和DC脉冲的到达时间来自不同的路径的STM结，未来的脉冲ESR实验的先决条件。

用于半导体纳米结构单电子自旋谱的34-36 GHz Q波段环隙谐振腔的设计

Design of Q-Band loop-gap resonators at frequencies 34-36 GHz for single electron spin spectroscopy in semiconductor nanostructures

我们报告的设计工作在34-36 GHz的频率范围内的环隙谐振器（LGR）的目标是实现单电子自旋共振（ESR）的量子点纳米结构。我们提出了一个全面的研究的磁场强度和空间分布的电场和磁场的谐振腔通过实验和数值模拟。

Development of a Scanning Tunneling Microscope for Variable Temperature Electron Spin Resonance

Recent advances in increasing the spectroscopic energy resolution in scanning tunneling microscopy (STM) have been achieved by integrating electron spin resonance (ESR) with STM. Here, we demonstrate the design and performance of a home-built STM capable of ESR at temperatures ranging from 1 K to 10 K. The STM is incorporated with a home-built Joule-Thomson refrigerator and a 2-axis vector magnet. Our STM design allows for the deposition of atoms and molecules directly into the cold STM, eliminating the need to extract the sample for deposition. In addition, we adopt two methods to apply radio…

金刚石中氮空位中心的高频高场光探测磁共振

High-frequency and high-field optically detected magnetic resonance of nitrogen-vacancy centers in diamond

我们提出了一个光学检测磁共振（ODMR）系统，使我们能够执行的ODMR测量的固体中的一个单一的缺陷，在高频率和高磁场的发展。使用高频和高场ODMR系统，我们展示了115 GHz的连续波和脉冲ODMR测量的一个单一的氮空位（NV）中心在4.2特斯拉的磁场下的金刚石晶体，以及调查的字段依赖性（$0-8$特斯拉）的纵向弛豫时间（$T_1$）的NV中心在纳米金刚石。

金刚石中单个氮空位中心小系综顺磁自旋的电子自旋共振谱

Electron spin resonance spectroscopy of small ensemble paramagnetic spins using a single nitrogen-vacancy center in diamond

金刚石中的氮空位（NV）中心是一种很有前途的纳米磁传感器。在这里，我们报告的电子自旋共振（ESR）光谱使用一个单一的NV中心的金刚石。首先，使用230 GHz的ESR谱仪，我们进行了系综ESR的Ib型样品晶体，并确定了一个取代的单一氮杂质作为一个主要的顺磁中心的样品晶体。然后，我们进行了自由感应衰减和自旋回波测量单个NV中心的静态和动态性质的研究纳米浴自旋NV中心周围。我们还测量了ESR谱浴自旋使用双电子-电子共振光谱与单NV中心。基于NV的ESR测量的频谱分析确定所检测到的自旋是氮杂质自旋。该实验还与金刚石样品中的其他几个单NV中心一起进行，并证明浴自旋的性质对于NV中心是独特的，表明使用基于NV的ESR在微观体积中探测自旋。最后，我们讨论了基于NV的ESR谱检测到的自旋数。通过比较实验结果与仿真，我们估计检测到的自旋的数量为$\leq$ 50自旋。

绝热脉冲宽带电探测磁共振

Broadband Electrically Detected Magnetic Resonance Using Adiabatic Pulses

提出了一种基于微波天线的宽带微波电检测磁共振（EDMR）装置，该装置能够施加任意形状的脉冲，用于激发自旋系综的电子自旋共振（ESR）和核磁共振（NMR）。这种设置使用非谐振带状线结构的片上微波传输，并证明工作在4 MHz至18 GHz的频率范围内。$π$脉冲时间为50 ns和70 $μ$ s的ESR和NMR跃迁，分别实现了低至100 mW的微波或射频功率。绝热脉冲的使用完全补偿了带状线天线的微波磁场不均匀性，如借助于BIR4酉旋转脉冲驱动硅中中性磷供体的ESR跃迁和通过电子核双共振（ENDOR）检测到的电离磷供体的NMR跃迁所证明的。

沸石分子筛微波吸收的可再现磁涨落

Reproducible magnetic fluctuations of microwave absorption in zeolites

对于热氧化处理的沸石多晶样品，我们揭示并研究了在9.4 GHz频率下可再现的磁微波吸收起伏的弱谱。在77-500 K温度范围内用ESR方法进行了研究。涨落谱具有以前在低于临界温度的高温超导体和金属的ESR谱中观察到的典型介观现象的特征。在300 K时，对某些氧化物、氧化银和金粒子也得到了类似的涨落谱.进行的实验可能是在异常高温下首次观察到这种现象，这种现象只在超导系统中观察到。

力检测的高频电子自旋共振光谱使用磁铁安装纳米膜：热磁化调制的鲁棒检测

Force-detected high-frequency electron spin resonance spectroscopy using magnet-mounted nanomembrane: robust detection of thermal magnetization modulation

在这项研究中，我们报告了一个概念新颖的宽带高频电子自旋共振（HFESR）光谱技术。与检测饱和效应引起的磁化强度变化的普通测力ESR技术不同，该方法测量共振时样品温度变化引起的磁化强度变化。为了证明其原理，我们开发了一种基于氮化硅纳米膜的力检测ESR谱仪，它可以在高磁场下稳定工作。对具有不同自旋弛豫时间的样品进行测试测量。在15 T磁场和636 GHz频率下，我们成功地获得了一个没有明显频谱失真的无缝ESR谱。得到了高自旋灵敏度的$10^{12}$ ~spins/G $\cdot$ s，与自旋弛豫时间无关。这些结果表明，该技术可以作为一种实用的方法，在研究领域的HFESR技术是适用的。

一种可在 mK 温度和矢量磁场中进行电子自旋共振与泵浦-探测光谱的扫描隧道显微镜

A scanning tunneling microscope capable of electron spin resonance and pump-probe spectroscopy at mK temperature and in vector magnetic field

本文研制了一台 mK 温区、矢量磁场下兼容 ESR 与纳秒泵浦-探测的 UHV STM，并以单分子和单原子自旋测量验证其性能。

拓扑绝缘体YBiPt化合物微波趋肤深度内金属表面态的探测

Metallic Surface States Probed Within the Microwave Skin Depth of the Putative Topological Insulator YBiPt Compound

报道了稀释Nd $^{3+}$离子在拓扑绝缘体（TI）YBiPt中的电子自旋共振（ESR）实验。研究粒度为$\approx$ 100 $μ$ μ m至$\approx$ 2，000 $μ$ μ m的粉末样品。在低温下，1.6 K $\lesssim$ \emph{T} $\lesssim$ 20 K，X波段（$9.4$ GHz）ESR谱显示\emph{g} -值为2.66（4）和Dysonian共振线形，该线形显示出显著不寻常的温度、浓度、微波功率和粒度依赖性。这些结果表明，在$δ\approx$ 15 $μ$ m的趋肤深度内，金属和绝缘行为共存。此外，在YBiPt中的Nd $^{3+}$自旋动力学与\emph{phonon-bottleneck process}的存在是一致的，其允许由Nd $^{3+}$离子在共振时吸收的能量经由YBiPt的金属表面态中的传导电子到达热浴。这些结果进行了讨论，在声称的拓扑半金属性质的YBiPt。

普鲁士蓝类似物薄膜的磁各向异性

Magnetic anisotropy in thin films of Prussian blue analogues

薄介质的磁各向异性（~ 200 nm）和厚度（~ 2 $μ$ m）薄膜和多晶对普鲁士蓝类似物$_{0.7}$ $_{4.0}$ [Cr（CN）$_6$ ] $_{2.9} \cdot n$ $_2$ O（一种含$T_c \sim 70$ K的铁磁材料）的粉末（直径约60 nm）进行了磁化、50 GHz和116 GHz的ESR、和变温X射线衍射（XRD）。各向异性磁响应的起源不能归因于固体支持物的直接影响，但是保持有组织的二维膜的膜生长协议是重要的。此外，各向异性既不是由各向异性g张量引起的，也不是由$T_c$上下的磁晶格变化引起的。通过考虑由于磁畴和退磁因素的影响，该分析提供了低场和高场数据的合理描述，从而识别磁各向异性的起源。

loop-zag谐振器：一种用于提升电子自旋共振实验灵敏度的loop-gap谐振器设计

The loop-zag resonator: A loop-gap resonator design for improved sensitivity in electron-spin resonance experiments

本研究提出新型loop-zag环隙谐振器设计，通过在间隙路径加锯齿结构增大电容，在约2.9GHz谐振频率下缩小环尺寸、提升填充因子与灵敏度，经实验和有限元模拟验证，可支撑ESR等微波工程应用。

SiO_2上石墨烯中空位的优先反铁磁耦合：电子自旋共振和扫描隧道谱

Preferential antiferromagnetic coupling of vacancies in graphene on SiO_2: Electron spin resonance and scanning tunneling spectroscopy

采用化学气相沉积法生长单层石墨烯并将其转移到SiO_2上，通过Ar^+离子轰击在50 eV的动能下引入空位。在扫描隧道显微镜（STM）中可见的缺陷密度大大低于离子注量，这意味着大多数缺陷是单空位。空位的特征在于通过石墨烯和HOPG上的扫描隧道光谱（STS）表现出接近费米能级的峰。在空气暴露长达180分钟后，峰值持续存在，尽管变得更宽。在空气暴露少于60分钟后，在9.6GHz下进行电子自旋共振（ESR）。对于10个/nm^2的离子流，我们发现信号对应的g因子为2.001-2.003，自旋密度为1-2个/nm^2。ESR信号由等权重的高斯和洛伦兹的混合物组成，表现出低至0.17 mT的宽度，然而，这取决于样品制备的细节。g因子各向异性约为0.02%。随温度变化的测量揭示了反铁磁关联，居里-外斯温度为-10 K。尽管石墨烯的电导率被离子轰击显著降低，但自旋共振诱导的电导率变化低于10^{-5}。

来自二维狄拉克费米子的栅极可调太赫兹回旋发射

Gate tunable terahertz cyclotron emission from two-dimensional Dirac fermions

本研究利用HgTe量子阱中二维狄拉克费米子的特性，验证了固定磁场下背栅可调太赫兹回旋发射器的概念，实现250 GHz电调谐范围，预估优化后可在1-3 THz快速连续调谐，填补太赫兹间隙空白。

High-cooperativity coupling of a rare-earth spin ensemble to a superconducting resonator using yttrium orthosilicate as a substrate

Yttrium orthosilicate (Y$_2$SiO$_5$, or YSO) has proved to be a convenient host for rare-earth ions used in demonstrations of microwave quantum memories and optical memories with microwave interfaces, and shows promise for coherent microwave--optical conversion owing to its favourable optical and spin properties. The strong coupling required by such microwave applications could be achieved using superconducting resonators patterned directly on Y$_2$SiO$_5$, and hence we investigate here the use of Y$_2$SiO$_5$ as an alternative to sapphire or silicon substrates for superconducting hybrid devic…

各向异性自旋1/2链中磁孤子的Bloch振荡

Bloch oscillations of magnetic solitons in anisotropic spin-1/2 chains

研究了在磁场作用下自旋为1/2的各向异性链中类孤子畴壁的量子动力学。在没有场的情况下，畴壁形成离域量子态的布洛赫带，而沿易磁化轴施加的静态场将它们局域化为Wannier波包，并使它们执行布洛赫振荡，即畴壁以有限的布洛赫频率和振幅沿链振荡。在场的情况下，布洛赫带，具有连续的扩展状态，分裂成Wannier-Zeeman阶梯-一组离散的等间距能级。我们计算的动力学结构因子在有限的频率，波矢，和温度的一个孤立子部门，并找到尖锐的峰值频率是整数倍的布洛赫频率。我们进一步计算了均匀磁化率，发现它在布洛赫频率处也有峰值。我们确定了几个候选材料，这些布洛赫振荡应该是可观察的，例如，通过中子散射测量。对于特定的化合物CoCl_2·2H_2O，我们估计布洛赫振幅的数量级的几个晶格常数，和布洛赫频率的数量级为100 GHz的磁场在特斯拉范围内，在温度约18开尔文。