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양자 센싱 기술은 미세한 물리량을 높은 민감도와 공간 분해능으로 측정할 수 있어 차세대 정밀 계측 기술로 주목받고 있다. 특히 자기장 센싱은 물리학, 재료과학 및 생명과학 등 다양한 분야에서 활용 가능성이 높아 활발히 연구되고 있다. 이러한 요구를 충족할 수 있는 양자 센서로서 다이아몬드 질소-결함 (Nitrogen-vacancy, NV) 중심이 주목받고 있다. NV 중심은 다이아몬드 내에 존재하는 고립된 스핀 시스템으로, 긴 양자 결맞음 시간과 우수한 자기 감응성을 바탕으로 상온에서 동작 가능한 양자 센서이다. 또한 NV 중심의 스핀 공명 주파수는 자기장에 민감하게 반응하며, 이를 마이크로파와 광학 측정을 통해 검출할 수 있어 고감도 자기장 센싱이 가능하다.
본 연구에서는 다이아몬드 NV 중심의 형광 신호를 효율적으로 수집할 수있는 공초점 현미경 (Confocal Microscope) 기반의 자기장 센싱 시스템을 구축하였다. NV 중심의 스핀 공명 특성을 분석하기 위해 레이저 여기와 마이크로파를 인가하여 광학 검출 자기공명 (Optically Detected Magnetic Resonance, ODMR)을 측정하였다. 그 결과, 약 2.87 GHz 부근에서 ODMR 신호를 성공적으로 관측하였으며, 영구 자석을 이용하여 외부 자기장을 인가한 경우 약 100 MHz의 제만 분할 (Zeeman splitting)을 확인하였다. 이를 통해 구축된 시스템이 외부 자기장 변화에 정량적으로 반응함을 검증하였다. 위 시스템은 향후 sCMOS 기반 광시야 현미경 (Widefield Microscope) 시스템으로 확장하여 넓은 영역의 자기장 분포를 동시 측정 및 영상화하기 위한 기반을 제공한다.
