The ability to perform noninvasive, non-contact measurements of electric signals produced by action potentials is essential in biomedicine. A key method to do this is to remotely sense signals by the magnetic field they induce. Existing methods for magnetic field sensing of mammalian tissue, used in techniques such as magnetoencephalography of the brain, require cryogenically cooled superconducting detectors. These have many disadvantages in terms of high cost, flexibility and limited portability as well as poor spatial and temporal resolution. In this work we demonstrate an alternative technique for detecting magnetic fields generated by the current from action potentials in living tissue using nitrogen vacancy centres in diamond. With 50pT/$\sqrt{Hz}$ sensitivity, we show the first measurements of sensing from mammalian tissue with a diamond sensor using mouse muscle optogenetically activated with blue light. We show these measurements can be performed in an ordinary, unshielded lab environment and that the signal can be easily recovered by digital signal processing techniques.

In this study, we investigated the creation of mono crystalline diamond membranes for use in two-dimensional optical cavities. The creation method involves ion irradiation to create a buried layer of damaged material that is removed to leave a free-standing mono crystalline top layer. Simulations were used to determine the optimal parameters for irradiation, which were tested in experiments. Hydrogen ions were found to be the optimal ion species for irradiation, and long-term high-temperature annealing was beneficial in reducing ion-induced damage in the membrane. The resulting membranes, which were 300 nm thick, contained a high density of negatively charged nitrogen-vacancy centers. Their optical and spin properties were analyzed. The findings of this study can be applied to the creation of diamond membranes hosting other color centers, with thicknesses matched to their respective fluorescence.