Improvements in Superconducting Magnetometry

In dieser Arbeit wird die Erweiterung des Magnetometrieaufbaus auf der Grundlage supraleitender Quanteninterferenzgeräte untersucht. Die Untersuchung und Charakterisierung von Einzelmolekülmagneten bildet die Grundlage für den Einsatz dieser Systeme in der Quantensensorik und im Quantencomputing. Zur Erhöhung der Stabilität bei höheren Temperaturen und angelegten Magnetfeldern werden neue Bauelemente auf der Basis von Niobnitrid vorgestellt und charakterisiert. Eine abschließende Demonstration zeigt die Eignung für magnetometrische Messungen. Die Erweiterung zur Kombination von Hochfrequenzstrahlung und Magnetometrie bildet die Grundlage für die resonante und kohärente Manipulation des Eigenspins dieser Systeme. ... mehrHierfür werden ein neuer Probenhalter und ein koplanarer Wellenleiter auf dem Chip hergestellt, charakterisiert und eingesetzt. In einer abschließenden Anwendung wird dieser Aufbau in einem kombinierten Experiment zur elektonischen paramagnetischen Resonanz und Magnetometrie eingesetzt. Zur Untersuchung eines neu synthetisierten Einzelmolekülmagneten auf der Basis des Gd3+-Ions wird die resonante Anregung der Elektronenspinzustände genutzt, um die Energieniveaus in Abhängigkeit vom angelegten Magnetfeld abzubilden. Dies wird verwendet, um die Wirkung der organischen Liganden auf das Ion zu beschreiben, das in einem Satz von Ligandenfeldparametern zusammengefasst ist.

This thesis explores the extension of the magnetometry setup based on Superconducting QUantum Interference Devices. The study and characterization of single molecule magnets provides the basis in using these systems in quantum sensoric and quantum computing applications. For increased stability at higher temperatures and applied magnetic fields, new devices based on niobium nitride are introduced and characterized. A final demonstrations shows the suitability for magnetometry measurements. The extension to combine radio frequency radiation and magnetometry provides the basis for resonant and coherent manipulation of the inherent spin of these systems. ... mehrFor this a new sample holder and on-chip coplanar waveguide are fabricated, characterized and applied. In a final application, this setup is applied in a combined electon paramagnetic resonance and magnetometry experiment. To investigate a newly synthesized single molecule magnet based on the Gd3+ ion, resonant excitation of the electron spin states is used to map the energy levels depending on the applied magnetic field. This is used to describe the effect of the organic ligands on the ion summarized in a set of ligand field parameters.