論文の概要: Ultra-sensitive hybrid diamond nanothermometer
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/1912.12097v1
- Date: Fri, 27 Dec 2019 13:50:01 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-06-09 23:35:19.797698
- Title: Ultra-sensitive hybrid diamond nanothermometer
- Title（参考訳）: 超感度ハイブリッドダイヤモンドナノ温度計
- Authors: Chu-Feng Liu, Weng-Hang Leong, Kangwei Xia, Xi Feng, Amit Finkler,
Andrej Denisenko, J\"org Wrachtrup, Quan Li and Ren-Bao Liu
- Abstract要約: ダイヤモンド中の窒素空孔(NV)中心は、周囲の条件下での長いスピンコヒーレンス時間に対する量子センサーを約束している。
磁性ナノ粒子-ナノダイヤモンドハイブリッド温度計は, 温度感度(11 mK Hz-1/2) [Phys. Rev. X 8, 011042] を向上することを示した。
このハイブリッド設計により、時間分解能5ミリ秒で2ミリケルビンの温度変化の検出が可能となった。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.529783555466765
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Nitrogen-vacancy (NV) centers in diamond are promising quantum sensors for
their long spin coherence time under ambient conditions. However, their spin
resonances are relatively insensitive to non-magnetic parameters such as
temperature. A magnetic-nanoparticle-nanodiamond hybrid thermometer, where the
temperature change is converted to the magnetic field variation near the Curie
temperature, was demonstrated to have enhanced temperature sensitivity (11 mK
Hz^{-1/2}) [Phys. Rev. X 8, 011042 (2018)], but the sensitivity was limited by
the large spectral broadening of ensemble spins in nanodiamonds. To overcome
this limitation, here we showed an improved design of a hybrid nanothermometer
using a single NV center in a diamond nanopillar coupled with a single magnetic
nanoparticle of copper-nickel alloy, and demonstrated a temperature sensitivity
of 76 uK Hz^{-1/2}. This hybrid design enabled detection of 2 millikelvins
temperature changes with temporal resolution of 5 milliseconds. The
ultra-sensitive nanothermometer offers a new tool to investigate thermal
processes in nanoscale systems.
- Abstract（参考訳）: ダイヤモンド中の窒素空孔(NV)中心は、周囲条件下での長いスピンコヒーレンス時間に対する量子センサーを約束している。
しかし、スピン共鳴は温度などの非磁性パラメータに比較的敏感である。
温度変化をキュリー温度付近の磁場変動に変換した磁気-ナノ粒子-ナノダイアモンドハイブリッド温度計は, 温度感度 (11 mk hz^{-1/2}) [phys. rev. x 8, 011042 (2018)] を向上させたが, ナノダイアモンド中のアンサンブルスピンのスペクトル拡大によって感度が制限された。
この限界を克服するため, 銅-ニッケル合金の1つの磁性ナノ粒子を結合したダイヤモンドナノピラーにおいて, 単一NV中心を用いたハイブリッドナノサーモメーターの設計を改良し, 温度感度76 uK Hz^{-1/2} を示した。
このハイブリッド設計により、時間分解能5ミリ秒で2ミリケルビン温度変化の検出が可能となった。
超感度ナノサーモメータは、ナノスケールシステムにおける熱過程を調べるための新しいツールを提供する。
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