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Single-Spin-Based Scanning with NV Centers
Nitrogen-vacancy (NV) centers in diamond provide a unique platform for quantum sensing, enabling the detection of magnetic, electric, and thermal signals at the nanoscale. By integrating a single NV spin into a scanning probe, it becomes possible to image local magnetic textures with unprecedented spatial resolution under ambient conditions. This technique—commonly referred to as NV scanning magnetometry—has emerged as a powerful tool for studying quantum materials, nanoscale devices, and spintronic phenomena.
At the University of Ulsan, we are currently developing an NV scanning system based on Park Systems’ advanced scanning probe technology, aiming to establish one of the first NV scanning platforms in Korea. In parallel, we collaborate closely with the Quantum Information for Quantum Materials group at the Max Planck Institute for Chemical Physics of Solids (MPI-CPfS) in Dresden, Germany. Through this collaboration, we have the opportunity to perform cutting-edge experiments on-site at MPI, while gaining hands-on experience and training in NV-based scanning techniques. This unique synergy allows us to advance both the technological development and the scientific applications of NV scanning, bridging Korea and Germany in the field of quantum sensing.
(Korean ver.)
다이아몬드 내 질소-공석(NV) 센터는 단일 스핀을 이용해 나노스케일에서 자기장, 전기장, 열 신호를 정밀하게 감지할 수 있는 독특한 양자센싱 플랫폼을 말합니다. 이를 주사 탐침과 결합한 NV 스캐닝 자기현미경은 상온 조건에서도 국소적인 자기 구조를 고해상도로 관찰할 수 있는 강력한 기법으로 주목받고 있습니다.
저희 연구실에서는 Park Systems의 주사 탐침 기술을 기반으로 한 NV 스캐너를 개발하고 있으며, 동시에 독일 드레스덴의 막스플랑크 고체화학물리연구소(MPI-CPfS)의 Quantum Information for Quantum Materials 그룹과 협력하고 있습니다. 저희 연구실의 연구원들은 직접 막스플랑크로 파견되어 실험을 수행하고 NV 기반 스캐닝 기법을 배우며 막스플랑크의 세계 최고수준 연구원들과 연구하는 기회를 얻고 있습니다. 이러한 울산대학교-막스플랑크 연구소 협력을 통해 NV 스캐닝 기술 개발과 응용 연구, 그리고 배움의 기회를 동시에 제공하고자 합니다.
Semiconductor Device Inspection Using the Quantum Sensor
We aim to develop a non-destructive semiconductor device inspection technique using quantum sensors. Unlike conventional optical methods, which fail to detect hidden defects in deeper layers, quantum sensing enables the direct mapping of current density and magnetic fields inside semiconductor chips. This allows us to identify failures and irregularities rapidly, accurately, and without damaging the device, paving the way for next-generation chip diagnostics and quality assurance.
(Korean ver.)
우리 연구실은 양자센서를 활용한 비파괴 반도체 디바이스 검사 기술을 개발하고자 합니다. 기존의 광학적 방법은 칩 내부 깊은 층의 결함을 식별하기 어렵지만, 양자센싱 기술은 반도체 내부 전류 밀도와 자기장을 직접적으로 시각화할 수 있습니다. 이를 통해 빠르고 정밀하며, 디바이스 손상 없이 결함을 판별할 수 있어, 차세대 반도체 진단과 품질 보증을 위한 혁신적인 길을 열게 될 것입니다.
Quantum Devices for Sensing, Control, and Navigation
Our research also extends beyond semiconductor inspection toward the development of quantum-enabled RF technologies and navigation systems. Specifically, we aim to create an ultra sensitive RF sensor and a high-performance RF amplifier for precise single-qubit control, enabling scalable quantum information processing. Furthermore, we are exploring the design of a precision quantum compass, which harnesses quantum sensing principles to achieve ultra-accurate navigation beyond the limits of classical devices. Through these innovations, we envision establishing a foundation for quantum-enhanced measurement, communication, and navigation technologies.
(Korean ver.)
우리의 연구는 반도체 검사에 국한되지 않고, 양자 기반 RF 기술과 정밀 항법 시스템 개발을 목표로 하고 있습니다. 고감도 RF 센서 개발, 그리고 양자 정보 처리를 위한 단 원자 큐빗 고성능 RF 증폭기를 개발 하고자 합니다. 또한, 미래에는 정밀 양자 나침반(Quantum Compass)을 설계하여 기존 고전적 장치를 뛰어넘는 초정밀 항법을 구현하는 것을 목표로 하고 있습니다. 이러한 혁신적 연구를 통해, 우리는 양자 향상 측정, 통신, 항법 기술의 기반을 구축해 나갈 것입니다.
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