ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ КВАНТОВЫЙ МАГНИТОМЕТР Российский патент 2025 года по МПК G01R33/32 

Область техники

Изобретение относится к области приборостроения, и в частности к квантовым магнитометрам с оптической накачкой.

Уровень техники

Известен высокочувствительный твердотельный магнитометр (US 8947080 B2), который включает в себя твердотельную спиновую систему, например, NV-центр окраски в алмазе, источник оптической накачки, источник СВЧ-излучения и детектор. Предполагается, что твердотельная система может содержать один или множество электронных спинов в твердом теле, которые выстраиваются вдоль внешнего неизвестного магнитного поля в ответ на облучение системой оптической накачки; при этом множество электронных спинов дополнительно реагируют на внешнюю систему управления, чтобы вызвать прецессию электронных спинов вокруг внешнего магнитного поля неизвестной величины, подлежащей измерению; при этом частота прецессии линейно связана с внешним магнитным полем неизвестной величины посредством Зеемановского сдвига электронных энергетических уровней; детектор, сконфигурированный для обнаружения выходного оптического излучения, коррелированного с множеством электронных спинов, после того, как множество электронных спинов подверглись оптическому возбуждающему излучению и внешнему управлению, и при этом детектор дополнительно сконфигурирован для определения Зеемановского сдвига и использует Зеемановский сдвиг для расчета величины внешнего магнитного поля; множество электронных спинов включает в себя разные наборы спиновых центров, имеющих разные кристаллографические ориентации внутри кристаллической решетки; а магнитометр выполнен с возможностью выбора одного или нескольких наборов спиновых центров в одной или нескольких кристаллографических ориентациях и использует выбранные спиновые дефекты для определения величины внешнего магнитного поля. Указанное устройство не позволяет производить одновременное измерение амплитуды и всех компонент вектора индукции внешнего магнитного поля, которое имеет критическое значение в задачах навигации и ориентации по магнитному полю Земли.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является изобретение способа одновременного измерения компонент вектора внешнего магнитного поля и система для его реализации (патент US 10545200). Метод одновременной векторной магнитометрии метод включает в себя облучение твердотельной спиновой системы модулированным или немодулированным оптическим сигналом, облучение твердотельной спиновой системы модулированным СВЧ-сигналом с множественными несущими частотами, каждая из несущих частот соответствует разным кристаллографическим ориентациям центров окраски, что позволяет адресовать частоты магнито-дипольных переходов электронного спина для различных подансамблей центров окраски одновременно. Метод включает использование постоянного магнитного поля, приложенного к спиновой системе. Детектирование люминесценции спиновой системы производится с помощью оптического детектора, геометрически фиксированного по отношению к спиновой системе, а также излучению спиновой системы в ответ на излучение накачки, СВЧ-сигналу и первичному магнитному полю. Оптический сигнал на частоте модуляции содержит информацию о проекциях магнитного поля на каждую из осей множества спинов центров окраски. Система для определения вектора магнитного поля включает в себя: источник оптической накачки, способный генерировать модулированный и немодулированный свет, источник СВЧ-излучения сконфигурированный, чтобы генерировать модулированный СВЧ-сигнал на частотах, соответствующих различным ориентациям центров окраски, и облучать спиновую систему СВЧ-сигналом; источник постоянного магнитного поля для подачи его на спиновую систему; систему сбора оптического излучения от спиновой системы для подачи на оптический детектор; аналого-цифровой преобразователь сигнала с оптического детектора для преобразования оптического сигнала с детектора в цифровой сигнал; компьютер, соединённый с аналого-цифровым преобразователем и сконфигурированный, чтобы демодулировать цифровой сигнал с оптического детектора и рассчитать проекции магнитного поля вдоль каждой из осей центров окраски. Недостатком данного решения является отсутствие возможности измерить амплитуду и направления вектора индукции внешнего магнитного поля, при этом результаты измерений зависят от колебаний температуры.

Сущность изобретения

В отличие от решений, известных из уровня техники, заявленные изобретения позволяют решить проблему измерения амплитуды и направления вектора индукции внешнего магнитного поля методом непрерывного измерения внешнего магнитного поля, основанным на непрерывном детектировании положения ОДМР (оптически детектируемого магнитного резонанса) в ансамбле NV-центров окраски в алмазе.

Технический результат достигается за счет того, что в качестве источника СВЧ-излучения используют синтезатор прямого цифрового синтеза, управляемый цифровыми сигналами. Им управляет программируемая логическая интегральная схема (ПЛИС), как и всей работой твердотельного квантового магнитометра. Совместное использование синтезатора прямого цифрового синтеза и ПЛИС позволяет получить такие технические результаты, как снижение энергопотребления и компенсация внешнего воздействия температуры.

Твердотельный квантовый магнитометр представляет собой конфигурацию, включающую твердотельную спиновую систему, содержащую NV-центры окраски с возможностью определения состояния спина центров окраски по уровню их люминесценции, источник оптической накачки, сконфигурированный для облучения твердотельной спиновой системы модулированным или немодулированным светом; СВЧ-генератор, сконфигурированный таким образом, чтобы излучать модулированные СВЧ-поля на частотах, соответствующих переходам в спиновой системе центров окраски в алмазе, и воздействовать модулированным СВЧ-излучением на спиновую систему; источник постоянного магнитного поля для создания первичного магнитного поля в области чувствительного элемента магнитометра; оптический элемент, сопряженный с фотодетектором для направления люминесценции центров окраски на него, чтобы регистрировать ответный сигнал спиновой системы после облучения модулированным светом, модулированным СВЧ-сигналом и постоянным магнитным полем; аналого-цифровой преобразователь, сопряженный с оптическим детектором с возможностью преобразования сигнала от спиновой системы в цифровой сигнал; ПЛИС, сопряженная с аналого-цифровым преобразователем, и сконфигурированная так, чтобы можно было демодулировать цифровой сигнал и на его основе вычислять значения проекции магнитного поля на каждую из кристаллографических осей, вдоль которых ориентированы центры окраски, при этом в отличие от аналогов в качестве алмаза используется монокристаллическая алмазная пластина, содержащая NV-центры окраски с концентрацией в диапазоне 0,01-1000 миллионных долей, концентрацией азота не более чем в 100 раз превышающей концентрацию NV-центров, и концентрацией остальных примесей – менее 1 миллионной доли, источник оптической накачки имеет длину волны в диапазоне 510-540 нм, качестве источника постоянного магнитного поля используют катушку с постоянным электрическим током, такую, что в области алмазной пластины поддерживается постоянное магнитное поле от 0 до 100 Гс и пик-пик стабильность поля в области алмазной пластины не хуже 10^-6, что нужно для расщепления линий ОДМР резонансов и обеспечивает стабильную, оптимальную и достаточную поляризацию NV центров; в качестве источника СВЧ-излучения используют синтезатор прямого цифрового синтеза, управляемый цифровыми сигналами, а в качестве системы управления используется программируемая логическая интегральная схема (ПЛИС) с возможностью формирования управляющих сигналов для источников оптической накачки и сверхвысокочастотного излучения, преобразования сигнала люминесценции с фотодетектора и расчета значения внешнего магнитного поля и обеспечения фильтрации сигнала для исключения посторонних внешних воздействий. Оптические элементы благодаря концентратору выполнены с возможностью обеспечения эффективности сбора излучения флюоресценции выше 5% для достижения точностных характеристик магнитометра. Источник СВЧ-излучения для считывания положений резонансов ОДМР от NV центров выполнен с возможностью работы на частоте в диапазоне 2-4 ГГц, модулируемой по амплитуде и частоте, а антенна для облучения спиновой системы СВЧ-излучением для того, чтобы резонансы ОДМР NV центра не уширялись и не портили точностные характеристики прибора выполнена с возможностью создания в рабочем диапазоне частот амплитуды магнитного поля не менее 0,001 Гс в направлении вдоль поверхности алмаза с равномерностью поля на пластине не хуже 1%.

Т.о. магнитометр в отличие от аналогов представляет собой не систему, а сравнительно миниатюрное устройство для измерения вектора внешнего магнитного поля, которое работает на основе синхронного детектирования положения частот сигнала оптически детектируемого магнитного резонанса (ОДМР) резонансов ансамбля NV-центров в алмазе. Преимуществами является высокая надежность за счет использования алмазной пластины в материале носителя для ансамбля NV-центров при относительно маленьких размерах чувствительного элемента (<1мм³). Более того, в силу наличия в алмазе четырех кристаллографических осей, он позволяет проводить векторные измерения внешнего магнитного поля за счет измерения его проекции на каждую из четырех кристаллографических осей алмаза.

Перечень чертежей

Сущность изобретений поясняется чертежами.

На Фиг. 1 изображен NV-центр в кристаллической решетке алмаза, где видны конфигурации подансамблей NV-центров вдоль каждой из кристаллографических осей алмаза.

На Фиг. 2 представлена схема уровней энергии электронных орбиталей NV-центра окраски в алмазе.

На Фиг. 3 слева изображены уровни энергии NV-центра при приложении постоянного магнитного поля (эффект Зеемана), а справа показано изображение проекций внешнего магнитного поля B на четыре кристаллографических оси в алмазе.

На Фиг. 4 показан ОДМР спектр ансамбля NV-центров при приложении постоянного магнитного поля B_const, при этом на спектре ОДМР слева и справа выделяются группы из четырех резонансов, соответствующих NV-центрам вдоль каждой из кристаллографических осей алмаза и имеющих различные значения проекций электронного спина ms=± 1.

На Фиг. 5 показана дисперсионная кривая для ОДМР спектра при приложении постоянного магнитного поля B_const, где стрелками отмечены резонансы, на которых работает твердотельный квантовый магнитометр.

На Фиг. 6 приведена блок схема твердотельного квантового магнитометра, где введены следующие обозначения:

1 - источник оптической накачки;

2 - ПЛИС (программируемая логическая интегральная схема), управляющая работой твердотельного квантового магнитометра;

3 - источник постоянного магнитного поля;

4 - алмазная пластина с NV-центрами окраски;

5 – микроволновая (СВЧ) антенна;

6 - источник микроволнового (СВЧ) сигнала;

7 - концентратор для сбора излучения от ансамбля NV-центров окраски в алмазной пластине;

8 - фотодетектор;

9 - АЦП (аналого-цифровой преобразователь).

Осуществление изобретения

Твердотельный квантовый магнитометр работает на основе наблюдения сдвига частот ОДМР резонансов за счет эффекта Зеемана на электронных подуровнях в основном энергетическом состоянии NV-центра окраски (Фиг. 1). NV-центр окраски в алмазе - дефект в кристаллической решетке алмаза, состоит из атома азота в положении замещения и вакансии в соседнем узле и может находится в нескольких зарядовых состояниях q=0, ±1. Для реализации твердотельного квантового магнитометра используется NV-центр в зарядовом состоянии q=-1. Для целей описания изобретения подразумевается, что NV-центр находится в отрицательно заряженном состоянии q=-1, если не оговорено другого. NV-центры могут располагаться вдоль каждой из осей кристалла алмаза (Фиг. 1), тем самым формируя 4 подансамбля. NV-центр обладает шестью свободными электронами, имеющими суммарный спин S = 1. Схема электронных уровней энергии для орбиталей внутри запрещенной зоны алмаза представлена на Фиг 2. NV-центр обладает оптическими переходами в видимом и инфракрасном диапазоне. Основной оптический переход связан с переходом одного электрона с e_x,y орбиталей на a₁ орбиталь и находится на длине волны 637 нм, а также имеет фононно-уширенный спектральный хвост. После некогерентного возбуждения NV-центра, из возбужденного состояния он может распасться на невозбужденное состояние через оптический переход, либо через метастабильное состояние, не сохраняющие значение спина и излучая фотон в ИК-диапазоне. Вероятность совершить переход через метастабильное состояние зависит от состояния электронного спина NV-центра, будучи максимальной для состояния с проекцией спина m_s=±1 и минимальной для проекции спина m_s=0. Интенсивность люминесценции NV-центра в видимом диапазоне таким образом сильно зависит от состояния спина NV-центра (контраст достигает 30%), что используется для оптического считывания состояния спиновой системы. Метастабильное состояние, меняющее спин, обладает не симметрией к состоянию спина, поэтому в конечном итоге происходит поляризация спина в состояние с проекцией ms=0, реализуя оптическую инициализацию электронного спина. Несимметричность переходов по отношению к состоянию электронного спина позволяет производить оптическую инициализацию электронного спина и считывать сигнал оптически детектируемого магнитного резонанса (ОДМР). Причем эффективность процесса поляризации зависит от длины волны излучения накачки, при этом оптимальная длинна волны излучения накачки для NV центров 510-540 нм, которое и используется в магнитометре (такой подход обоснован в статье Aslam N. et al. «Photo-induced ionization dynamics of the nitrogen vacancy defect in diamond investigated by single-shot charge state detection», New Journal of Physics. - 2013. - Т. 15. - №1. - С. 013064, https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1367-2630/15/1/013064/), где исследовалась зависимость нахождения NV-центра в состоянии NV^-, что и используется в магнитометре).

NV-центр обладает разрешенными дипольными переходами в СВЧ-диапазоне. В невозбужденном состоянии (оба электрона находятся на a1 подуровне) имеется ненулевое спин-спиновое взаимодействие электронов, которое приводит к расщеплению уровней энергии D ~ 2.87 ГГц между состояниями с разной проекцией электронного спина на ось NV (m_s=0 и m_s=± 1), образующее тонкое расщепление основного состояния (Фиг. 3 слева). Кроме этого каждое из тонких состояний испытывает сверхтонкое расщепление, связанное с взаимодействием электронного спина со спином ядра N₁₄. Сверхтонкое расщепление в отсутствии внешних полей составляет от 2.8 до 7.2 МГц, в зависимости от состояния. Полный Гамильтониан для системы электронного и ядерного спина записывается следующим образом:

где D = 2.87 ГГц, Q = -4.945 МГц, А - тензор с диагональными элементами (A_xx, A_yy, A_zz): -2.62 МГц, -2.62 МГц, -2.162 МГц, гиромагнитные отношения γ_e = 2.802 МГц/Г, γ_n = 0.308 кГц/Г.

Созданный твердотельный квантовый магнитометр (Фиг. 6) для детектирования векторного магнитного поля использует четыре подансамбля NV-центров, расположенных вдоль каждой из кристаллографических осей алмаза (Фиг 1). Данному условию для обеспечения корректной работы магнитометра соответствует монокристаллическая алмазная пластина, которая используется в нем, в отличие от поликристаллической алмазной пластины, в которой оси каждого из кристаллов в ней будут иметь произвольную ориентацию.

Из полного Гамильтониана следует вырождение уровней энергии в невозбужденном состоянии NV-центра с значениями проекции электронного спина m_s=± 1. Вырождение может быть снято за счет эффекта Зеемана, то есть при приложении постоянного магнитного поля к алмазной пластине с NV-центрами уровни энергии в невозбужденном состоянии будут смещаться (Фиг. 3 слева). Можно рассчитать такое постоянное магнитное поле, что вырождение будет полностью снято для всех 4 подансамблей NV-центров. Для снятия вырождения с резонансов ОДМР в магнитометре используется катушка с постоянным электрическим током, такая, что в области алмазной пластины поддерживается постоянное магнитное поле от 0 до 100 Гс. Для проведения измерения внешних магнитных полей с точностью не хуже 10 нТл пик-пик стабильность поля, создаваемая катушкой, в области алмазной пластины должна быть не хуже 10^-6.

При снятии вырождения с резонансов ОДМР приложением поля B_const частоты резонансов могут лежать в диапазоне 2.5-3.15 ГГц (см. формулу 1), поэтому для корректной работы магнитометра нужен источник управляющего СВЧ-сигнала, перекрывающего этот диапазон. Так же для управления ансамблем электронных спинов NV-центра используется СВЧ-антенна, создающая поле амплитудой не менее 0,001 Гс в направлении вдоль поверхности алмаза с равномерностью поля на пластине не хуже 1%, чтобы избежать уширения линий ОДМР резонансов.

Кристалл алмаза может быть отполирован в соответствии с выбранной кристаллографической осью. Коммерчески доступные пластины обладают [001], [110], [111], ориентацией. При этом ориентация [001] означает, например, что грань полировки перпендикулярна ребру куба границетрической кристаллической решетки алмаза.

Пример разложения магнитного поля B по 4-м проекциям Ba, Bb, Bc, Bd для всех кристаллографических ориентаций NV-центров в алмазной пластине с ориентацией верхней грани [001] показан на Фиг. 3 справа.

С точки зрения сигнала ОДМР на спектре от ансамбля NV-центров в алмазной пластине в постоянном магнитном поле, имеющим различные значения проекции на каждую из кристаллографических осей алмаза, можно детектировать восемь резонансов, которые соответствуют частотам магнито-дипольных переходов m_s=0 -> m_s= ± 1, в свою очередь каждый резонанс состоит из триплета вследствие взаимодействия со спином ядра N₁₄. На Фиг. 4 приведен пример экспериментально полученного ОДМР спектра с восемью резонансами, спектр аппроксимирован моделью полного Гамильтониана NV-центра для основного состояния в предположении, что резонансы имеют форму кривой Лоренца. Данный ОДМР спектр получен при приложении постоянного магнитного поля B_const, которое снимает вырождение энергетических уровней NV-центра в основном состоянии с m_s= ± 1. На спектре ОДМР (Фиг. 4) слева и справа выделяются группы из четырех резонансов, соответствующих NV-центрам вдоль каждой из кристаллографических осей алмаза и имеющих различные значения проекций электронного спина ms=± 1.

Работа магнитометра основана на методе непрерывного измерения вектора внешнего магнитного поля с помощью ансамбля NV-центров окраски в алмазе, который аналогичен описанному в статье Schloss J. M. et al. «Simultaneous broadband vector magnetometry using solid-state spins», Physical Review Applied. - 2018. - Т. 10. - №3. - С. 034044 (https://journals.aps.org/prapplied/ abstract/10.1103/PhysRevApplied.10.034044), где используется синхронное детектирование положения четырех резонансов ОДМР. Отличие заключается в том, что там вычисление магнитного поля происходит в линейном приближении, без учета квадратичных членов в зависимости частот переходов от внешнего магнитного поля. Измерение вектора внешнего магнитного поля в твердотельном квантовом магнитометре осуществляется относительно постоянного магнитного поля B_const, которое создается источником постоянного магнитного поля. Для реализации непрерывного измерения вектора магнитного поля используется производная сигнала люминесценции ансамбля NV-центров по частоте, так называемые дисперсионные кривые для резонансов ОДМР. График дисперсионной кривой для ОДМР резонансов представлен на Фиг. 5, где показано, как при непрерывном облучении источником оптической накачки ансамбля NV-центров в алмазе меняется его люминесценция при приложении СВЧ-излучения. Как видно, на дисперсионных кривых при попадании частоты в резонанс ОДМР при приложении постоянного магнитного поля B_const (Фиг. 5), соответствующий переходам ms=0 -> ms= ± 1 для каждого подансамбля NV-центров, меняется люминесценция. Стрелками (Фиг. 5) отмечены резонансы, на которых работает твердотельный квантовый магнитометр. Положение резонансных частот для каждого из подансамблей NV-центров (NVa, NVb, NVc, NVd) определяется магнитным полем где B_const - постоянное магнитное поле, создаваемое источником постоянного магнитного поля, а B_outside - внешнее магнитное поле. Использование в магнетометре катушки с током для формирования поля B_const позволяет проводить измерения магнитного поля при двух направлениях постоянного магнитного поля: и , что достигается переключением направления постоянного тока. Данная особенность позволяет производить разностные измерения, то есть последовательно производить измерения поля при приложении и а значение внешнего поля вычислять за счет сложения полученных результатов. За счет такой процедуры измерений происходит вычитание вектора при измерении вектора

Конструктивно твердотельный квантовый магнитометр включает девять основных конструкционных частей, изображенных на блок-схеме (Фиг. 6). Для поляризации NV-центров окраски в состояние с проекцией электронного спина ms=0 и получения сигнала люминесценции от NV-центров используют источник оптической накачки (1). Управление твердотельным квантовым магнитометром осуществляется с использованием ПЛИС (2), которая управляет источником оптической накачки, источником СВЧ-сигнала и источником постоянного магнитного поля, а также считывает сигнал с АЦП. Источник постоянного магнитного поля (3) создает поле B_const, которое необходимо для снятия вырождения энергетических уровней с проекциями спина ms= ± 1. Алмазная пластина (4) содержит ансамбль NV-центров окраски, которые облучаются СВЧ-управляющими импульсами с помощью СВЧ-антенны (5). При этом источник СВЧ-сигнала (6) генерирует СВЧ-управляющие импульсы для считывания состояния электронного спина NV-центров окраски. Для сбора люминесценции ансамбля NV-центров окраски и направления его на фотодетектор используют концентратор (7). Детектирование сигнала люминесценции осуществляется с использованием фотодетектора (8). После чего АЦП (9) преобразует сигнал люминесценции в цифровой сигнал для передачи в ПЛИС, который далее используется для вычисления внешнего магнитного поля.

Непрерывное измерение положения четырех резонансных частот, отмеченных на Фиг. 5 стрелками с использованием твердотельного квантового магнитометра, блок схема которого приведена на Фиг. 6, позволяет вычислить проекции внешнего магнитного поля и частоту обеспечивающую фильтрацию от внешних воздействий и отвечающую за спин-спиновое взаимодействие (D, см формулу (1)) и зависит от температуры T алмазной пластины, по следующему алгоритму:

Уравнения для частот переходов:

Из этих уравнений можно:

1) Вычислить положив с использованием обратной матрицы линейной части, или явного решения, полученного методом Гаусса.

2) Вычислить поправки к частотам переходов, по уравнениям выше, на примере

3) Вычислить положив используя поправки из п. 2).

Повторяя пункты 2-3 N раз, где N=1-1000, получим искомые значения компонент вектора внешнего магнитного поля с учетом нелинейных членов.

Решения 4 уравнений, приведенных выше, позволяет при использовании метода непрерывного измерения вектора внешнего магнитного поля с помощью ансамбля NV-центров окраски в алмазе, узнать с высокой точностью значения проекции внешнего магнитного поля и частоту В свою очередь частота есть значение величины спин-спинового взаимодействия D (см. формулу (1)). Величина D зависит от температуры алмаза и внешних напряжений. Непрерывное измерение величины позволяет вычесть влияние внешних воздействий на показания магнитометра.

Использование: для измерения магнитного поля. Сущность изобретения заключается в том, что в качестве источника СВЧ-излучения используют синтезатор прямого цифрового синтеза, управляемый цифровыми сигналами и позволяющий считывать положения резонанса ОДМР (оптически детектируемого магнитного резонанса) от NV центров, выполненный с возможностью работы на частоте в диапазоне 2-4 ГГц, модулируемой по амплитуде и частоте, с антенной для облучения спиновой системы СВЧ-излучением так, чтобы резонансы ОДМР NV центра не уширялись. Технический результат: обеспечение возможности снижения энергопотребления и компенсации внешнего воздействия температуры, а также обеспечение возможности измерения амплитуды и направления вектора индукции внешнего магнитного поля. 7 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Твердотельный квантовый магнитометр, включающий:

твердотельную спиновую систему в алмазе, содержащую центры окраски, источник оптической накачки, сконфигурированный для облучения твердотельной спиновой системы модулированным или немодулированным светом;

генератор СВЧ-излучения, сконфигурированный таким образом, чтобы излучать модулированные микроволновые поля на частотах, соответствующих переходам в спиновой системе центров окраски в алмазе, и воздействовать модулированным микроволновым излучением на спиновую систему;

источник постоянного магнитного поля для создания первичного магнитного поля в области чувствительного элемента магнитометра;

оптический элемент, сопряженный с фотодетектором для направления люминесценции центров окраски на детектор, чтобы регистрировать ответный сигнал спиновой системы после облучения модулированным светом, модулированным микроволновым сигналом и постоянным магнитным полем;

аналого-цифровой преобразователь, сопряженный с оптическим детектором для преобразования сигнала от спиновой системы в цифровой сигнал;

отличающийся тем, что

в качестве алмаза используется монокристаллическая алмазная пластина, в качестве источника постоянного магнитного поля используют катушку с постоянным электрическим током, в качестве источника СВЧ-излучения используют синтезатор прямого цифрового синтеза, управляемый цифровыми сигналами, а в качестве системы управления используется программируемая логическая интегральная схема с возможностью формирования управляющих сигналов для источников оптической накачки и СВЧ-излучения, преобразования сигнала люминесценции с фотодетектора, реализует схему одновременного синхронного детектирования частот 4 резонансов ОДМР и расчета значения внешнего магнитного поля и обеспечения фильтрации сигнала для исключения посторонних внешних воздействий.

2. Твердотельный квантовый магнитометр по п.1, отличающийся тем, что источником постоянного магнитного поля создается поле, величина которого лежит в диапазоне от 0 до 100 Гс.

3. Твердотельный квантовый магнитометр по п.1, отличающийся тем, что источник постоянного магнитного поля поддерживает постоянное магнитное поле в области алмаза и имеет пик-пик стабильность в области алмазной пластины не хуже 10^-6.

4. Твердотельный квантовый магнитометр по п.1, отличающийся тем, что в монокристаллической алмазной пластине концентрация NV-центров окраски лежит в диапазоне 0,01-1000 миллионных долей, концентрация азота не более чем в 100 раз превышает концентрацию NV-центров, а концентрация остальных примесей - менее 1 миллионной доли.

5. Твердотельный квантовый магнитометр по п.1, отличающийся тем, что источник оптической накачки имеет длину волны от 510 нм до 540 нм.

6. Твердотельный квантовый магнитометр по п.1, отличающийся тем, что оптические элементы выполнены с возможностью обеспечения эффективности сбора излучения флюоресценции выше 5%.

7. Твердотельный квантовый магнитометр по п.1, отличающийся тем, что источник СВЧ-излучения выполнен с возможностью работы на частоте в диапазоне 2-4 ГГц, модулируемой по амплитуде и частоте.

8. Твердотельный квантовый магнитометр по п.1, отличающийся тем, что антенна для облучения спиновой системы СВЧ-излучением выполнена с возможностью создания в рабочем диапазоне частот амплитуды магнитного поля не менее 0,001 Гс в направлении вдоль поверхности алмаза с равномерностью поля на пластине не хуже 1%.