Academic literature on the topic 'Vectorial magnetometry'

In this paper we introduce an alternative method to determine the scale factor necessary to quantitatively compare the two coplanar components of the magnetization (components in the plane of the surface of the sample) of a film using the v-MOKE technique (vectorial-MOKE). The proposed method has the advantage of not needing the reorientation ofthe electromagnet generating the magnetic field, since, depending on the dimensions and weight there of, this action can be difficult or directly impracticable. In this way, the experiment that allows for the acquisition of the two components in the plane of magnetization simultaneously, is executed without the need to modify the initial experimental arrangement (fixed assembly). As test samples, two 9 nm and 100 nm thick FePt films are used, presenting the first uniaxial anisotropy. All experiments were carried out at room temperature and using a MOKE system entirely built in the Surface Physics Group of the Instituto de Física del Litoral, allowing to simultaneously measure the two magnetization components coplanar with the surface sample (v-MOKE).

Increased complexity of novel magnetic materials in the last decade has placed high demands on the manufacturing process as well as on the characterization. One of the possibilities for characterization of magnetic samples is to exploit the magneto-optical effects. The presented work uses the magneto-optical Kerr effect as a major characterization technique to probe the magnetic properties of samples. We have developed a mathematical model describing the effect of the magnetization on the polarized light and present an apparatus capable of measuring the response given by the light-matter interaction. The experimental results show the performance of the apparatus on the various magnetic systems including meta-stable iron layers, Stoner-Wohlfarth particles and magnetic vortices. The scanning vectorial Kerr magnetometer allowed us to probe the vector of magnetization with diffraction limited resolution below 500 nm.

Le contexte de cette thèse est une proposition théorique par Haikka et al [1] qui vise à détecter des spins individuels avec des micro-ondes, en utilisant un micro-résonateur supraconducteur incorporant une constriction nanométrique proche du spin, refroidi au millikelvin. Les spins utilisés sont des centres NV du diamant, implantés à une faible profondeur (20nm) dans un échantillon de diamant purifié isotopiquement en ¹²C. Sa fréquence de transition est ~ 2.88 GHz. Nous démontrons la fabrication d'une grille de NV unique avec de longs temps de cohérence et bien localisée par rapport aux marques d'alignement gravées dans le diamant. Nous démontrons une méthode pour déterminer la position de centres NV par rapport à un nanofil métallique déposé sur du diamant. Nous utilisons le centre NV comme magnétomètre vectoriel [2, 3] pour mesurer le champ généré par le passage d'un courant continu à travers le fil, permettant d'inférer la position des centres NV par rapport au fil avec une précision de ~ 10 nm. Nous avons fabriqué et réalisé la caractérisation d'un résonateur LC de faible impédance 11Ω, d'un facteur de qualité interne aussi élevé que 2.10⁵ et d'une fréquence de résonance d'environ 2,93 GHz au-dessus d'un tel ensemble de NV implantés. La résistance en champ magnétique de ce résonateur n'a cependant pas été suffisante pour voir le signal de spin. [1] P. Haikka, Y. Kubo, A. Bienfait, P. Bertet, and K. Mølmer, “Proposal fordetecting a single electron spin in a microwave resonator,” Phys. Rev. A, vol. 95,p. 022306, Feb 2017. [2] J. M. Taylor, P. Cappellaro, L. Childress, L. Jiang, D. Budker, P. R. Hemmer, A. Yacoby, R. Walsworth, and M. D. Lukin, “High-sensitivity diamond magnetometer with nanoscaleresolution,”Nature Phys, vol. 4, pp. 810–816, Oct. 2008. [3] X.-D. Chen, F.-W. Sun, C.-L. Zou, J.-M. Cui, L.-M. Zhou, and G.-C. Guo, “Vector magneticfield sensing by a single nitrogen vacancy center in diamond,” EPL, vol. 101, p. 67003, Mar.2013
The context of this thesis is a proposal by Haikka et al. [1] that aims at detecting individual spins with microwaves, using a superconducting micro-resonator that incorporates a nanometric constriction located close to the spin, cooled down to millikelvin temperatures. The electron spins of choice are shallow implanted ~ 20 nm depth single Nitrogen - Vacancy (NV) centers in an isotopically purified ¹²C diamond. Their transition frequency is ~ 2.88 GHz We report the fabrication of a single NV center grid with long coherence times and well localized with respect to alignment marks etched in the diamond. We demonstrate a method to determine the position of shallow individual implanted nitrogen-vacancy (NV) centers with respect to a metallic nanowire deposited on diamond. We use the NV center as a vector magnetometer [2, 3] to measure the field generated by passing a DC current through the wire, enabling to infer the NV centers position relative to the wire with a precision of ~ 10 nm. We fabricated and performed the characterization of a LC resonator of low impedance 11Ω, internal quality factor as high as 2.10⁵ and resonance frequency of ~ 2.93 GHz on top of such an ensemble of implanted NVs. The magnetic field resilience of the resonator was however not sufficient to observe the spin signal. [1] P. Haikka, Y. Kubo, A. Bienfait, P. Bertet, and K. Mølmer, “Proposal fordetecting a single electron spin in a microwave resonator,” Phys. Rev. A, vol. 95,p. 022306, Feb 2017. [2] J. M. Taylor, P. Cappellaro, L. Childress, L. Jiang, D. Budker, P. R. Hemmer, A. Yacoby, R. Walsworth, and M. D. Lukin, “High-sensitivity diamond magnetometer with nanoscaleresolution,” Nature Phys, vol. 4, pp. 810–816, Oct. 2008. [3] X.-D. Chen, F.-W. Sun, C.-L. Zou, J.-M. Cui, L.-M. Zhou, and G.-C. Guo, “Vector magneticfield sensing by a single nitrogen vacancy center in diamond,” EPL, vol. 101, p. 67003, Mar.2013

This diploma thesis deals with design and realization of control board with controlling program for stabilization platform application. Thesis is splitted in to six parts. In first part of thesis are summarized required parameters and properties of proposed system together with explanation of necessary theoretical basics. In second part of thesis is made analysis of sensors which are designated for sensing necessary magnitudes. Namely then magnetometer, accelerometer, gyroscope. For every sensor is there made analysis of influence caused by parasitic effects. In conclusion of second part is made choice of concrete sensors by choosing sensory module. Third part deals with conception of mechanical solution. Fourth part of thesis deals with design and construction of control board and also with description of circuit functional blocks. This is followed with fifth part which describing program equipment of board with setting up sensory module. In last part of thesis are described conclusions of testing.

Un magnetometre rpe pour application en puits de forage a ete etudie. La mesure est de type vectoriel et differentiel. Grace aux developpements recents concernant les materiaux radicalaires pour la magnetometrie rpe, la technologie choisie offre des perspectives par rapport a l'etat de l'art (technologie flux-gate) pour un fonctionnement jusqu'a des temperatures de 200c environ. Un prototype d'outil de diagraphie operationnel a frequence de resonance de 70 mhz a ete developpe pour valider l'architecture du magnetometre. Des mesures avec cet outil de diagraphie ont ete effectuees dans quelques puits de forage afin de valider sa mise en uvre (evaluation des performances en milieu reel d'application, epreuve de reproductibilite). Les performances du magnetometre rpe sont analysees aussi par comparaison avec un instrument vectoriel et differentiel utilisant la technolotie flux-gate

La mesure du champ magnétique terrestre avec des satellites réduits en volume –des cube-sats ou des nano-sats– requière de des magnétomètres à pompage optique de volume plus réduit et pouvant être opérés en gradiomètre sans diaphonie entre capteurs. Pour répondre à ce besoin, nous avons travaillé sur des architectures de magnétomètres atomiques tout-optiques. Dans ce manuscrit, nous présentons une architecture de magnétomètre scalaire tout-optique isotrope basée l’hélium-4 métastable pompé en alignement. Cette architecture repose sur la combinaison d’un champ magnétique radiofréquence créé optiquement par l’effet de light-shift vectoriel et d’une modulation de l’intensité du faisceau de pompe. Les premiers tests expérimentaux de cette configuration ont démontré l’existence d’un point de travail permettant l’opération isotrope. Les premières estimations de bruit et de justesse de cette configuration laissent espérer des performances équivalentes à celles obtenues sur les magnétomètres scalaires isotropes réalisés par le CEA-Leti pour la mission Swarm.Les architectures tout-optique apporteraient également une réponse à des besoins existants dans le domaine de l’imagerie magnétique médicale. En effet la mise en réseau des capteurs actuels entraine des problèmes de diaphonie entre magnétomètres voisins. Dans un deuxième volet de cette thèse nous nous sommes donc intéressés aux magnétomètres tout-optique dédiés à la mesure de champs magnétiques de faibles amplitudes. En explorant les configurations de magnétomètres Hanle basés sur l’alignement atomique, nous avons identifié un schéma qui permet d’avoir accès à deux composantes du champ magnétique en utilisant un seul accès optique à la cellule de gaz. Cette solution a été testée expérimentalement. Nous étudions théoriquement une extension de cette configuration qui permet de mesurer les trois composantes du champ magnétique en utilisant pour le pompage optique une lumière partiellement dépolarisée
The measurement of the Earth magnetic field, using satellites of reduced volume –so called cube-sats or nano-sats– requires optically pumped magnetometers of strongly reduced size that can be operated as gradiometers without crosstalk between different sensors. In order to fulfill these conditions we developed an architecture for all-optical magnetometers.In this work, we present an all-optical isotopic solution for a scalar helium-4 magnetometer based on atomic alignment. This architecture originates in the combination of an optically created radiofrequency magnetic field realized by a vector light-shift and of an intensity modulation of the pump light. The first experimental tests of this configuration proved the existence of a working point that allows isotropic operation. First estimations of noise and precision using this configuration give hope to obtain equivalent performance than that of scalar isotropic magnetometers that were realized by the CEA-Leti for the mission Swarm.Additionally, the all-optical architectures respond to the needs that exist in the field of medical magnetic imaging. In fact, building a matrix of commonly used sensors involves problems of cross-talk between proximate magnetometers. The second focus of this thesis lies on all-optical magnetometers designated for the measurement of magnetic fields with small amplitudes. Exploring the configurations of Hanle magnetometers that are based on atomic alignment, we identified a technique which gives access to two magnetic field components while using only one single optical access to the gas cell, a solution that was experimentally tested. We theoretically investigate an extension of this configuration that allows the measurement of all three components of the magnetic field, using a partially depolarized light as optical pump