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Nano-manipulation of diamond-based single photon sources.

Quantum Communications Victoria, School of Physics, The University of Melbourne, Parkville 3010, Australia.
Optics Express (Impact Factor: 3.53). 08/2009; 17(14):11287-93. DOI: 10.1364/OE.17.011287
Source: PubMed

ABSTRACT The ability to manipulate nano-particles at the nano-scale is critical for the development of active quantum systems. This paper presents a technique to manipulate diamond nano-crystals at the nano-scale using a scanning electron microscope, nano-manipulator and custom tapered optical fibre probes. The manipulation of a approximately 300 nm diamond crystal, containing a single nitrogen-vacancy centre, onto the endface of an optical fibre is demonstrated. The emission properties of the single photon source post manipulation are in excellent agreement with those observed on the original substrate.

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Available from: Kumaravelu Ganesan, Jul 02, 2015
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    ABSTRACT: We report a versatile method to engineer arrays of nitrogen-vacancy (NV) color centers in dia- mond at the nanoscale. The defects were produced in parallel by ion implantation through 80 nm diameter apertures patterned using electron beam lithography in a PMMA layer deposited on a diamond surface. The implantation was performed with CN- molecules which increased the NV defect formation yield. This method could enable the realization of a solid-state coupled-spin array and could be used for positioning an optically active NV center on a photonic microstructure. Comment: 12 pages, 3 figures
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    ABSTRACT: Dans la configuration dite « NSOM à ouverture », la résolution optique est dans le meilleur des cas comprise entre 50 et 100 nm. Afin de sonder les propriétés optiques de nanosystèmes, aux dimensions toujours plus petites, une résolution optique plus fine est souhaitable. Pour remplir cet objectif, la solution que nous proposons est l'utilisation d'une sonde active. Une telle sonde repose sur le greffage d'un nano-objet fluorescent à l'apex d'une pointe optique classique. En théorie, la résolution latérale en champ proche devrait être dictée par la taille de ce nano-émetteur (<< 50 nm). Sur la base des travaux réalisés précédemment dans le laboratoire, nous présentons ici deux nouvelles méthodes pour réaliser une telle sonde. Celles-ci impliquent deux types de nanoparticules complémentaires à la taille et aux propriétés optiques attrayantes (forte émission dans le visible, photostabilité). Une première approche a été développée à partir d'un ensemble de nanoparticules de YAG, dopées par des ions cérium, produites et déposées en bout de pointe par LECBD (Low Energy Cluster Beam Deposition). La seconde approche consiste à sélectionner et à fixer en bout de pointe de manière contrôlée (grâce à un polymère) un nanodiamant, contenant des centres colorés (NV), déposé sur une lame de microscopie. L'avancement des travaux est présenté pour les deux types de nano-objets. La mise au point et l'utilisation pour l'imagerie NSOM d'une sonde active à photons uniques, basée sur nanodiamant de 20 nm contenant un seul centre NV et fonctionnant à température ambiante, sont aussi discutées. Au-delà du gain en résolution que peut apporter une telle sonde, ce nouveau type de pointe à photons uniques ouvre de nouvelles perspectives aussi bien en optique et plasmonique quantiques qu'en magnétométrie à haute résolution et haute sensibilité.
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    ABSTRACT: We introduce a point-like scanning single-photon source that operates at room temperature and offers an exceptional photostability (no blinking, no bleaching). This is obtained by grafting in a controlled way a diamond nanocrystal (size around 20 nm) with single nitrogen-vacancy color-center occupancy at the apex of an optical probe. As an application, we image metallic nanostructures in the near-field, thereby achieving a near-field scanning single-photon microscopy working at room temperature on the long term. Our work may be of importance to various emerging fields of nanoscience where an accurate positioning of a quantum emitter is required such as for example quantum plasmonics. Comment: submitted to Optics Express
    Optics Express 09/2009; 17(22). DOI:10.1364/OE.17.019969