論文の概要: Solid-state laser refrigeration of nanodiamond quantum sensors
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2007.15247v1
- Date: Thu, 30 Jul 2020 05:57:01 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-05-07 18:36:59.351349
- Title: Solid-state laser refrigeration of nanodiamond quantum sensors
- Title（参考訳）: ナノダイアモンド量子センサの固体レーザー冷却
- Authors: Anupum Pant, R. Greg Felsted, Alexander B. Bard, Xiaojing Xia, Siamak
Dadras, Kamran Shayan, Danika R. Luntz-Martin, Donald Mannikko, Ilia M.
Pavlovetc, Stefan Stoll, Masaru Kuno, A. Nick Vamivakas, Peter J. Pauzauskie
- Abstract要約: 固体レーザーによる冷却は、窒素空孔をドープしたナノダイヤモンド量子センサの高速な光温度制御を可能にするために用いられる。
セラミックスのマイクロ結晶への熱伝達により, 隣接するNV$:NDを10K, 27K, sim$10$-3$Torrで冷却した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 43.55994393060723
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The negatively-charged nitrogen vacancy (NV$^-$) centre in diamond is a
remarkable optical quantum sensor for a range of applications including,
nanoscale thermometry, magnetometry, single photon generation, quantum
computing, and communication. However, to date the performance of these
techniques using NV$^-$ centres has been limited by the thermally-induced
spectral wandering of NV$^-$ centre photoluminescence due to detrimental
photothermal heating. Here we demonstrate that solid-state laser refrigeration
can be used to enable rapid (ms) optical temperature control of nitrogen
vacancy doped nanodiamond (NV$^-$:ND) quantum sensors in both atmospheric and
\textit{in vacuo} conditions. Nanodiamonds are attached to ceramic
microcrystals including 10\% ytterbium doped yttrium lithium fluoride
(Yb:LiYF$_4$) and sodium yttrium fluoride (Yb:NaYF$_4$) by van der Waals
bonding. The fluoride crystals were cooled through the efficient emission of
upconverted infrared photons excited by a focused 1020 nm laser beam. Heat
transfer to the ceramic microcrystals cooled the adjacent NV$^-$:NDs by 10 and
27 K at atmospheric pressure and $\sim$10$^{-3}$ Torr, respectively. The
temperature of the NV$^-$:NDs was measured using both Debye-Waller factor (DWF)
thermometry and optically detected magnetic resonance (ODMR), which agree with
the temperature of the laser cooled ceramic microcrystal. Stabilization of
thermally-induced spectral wandering of the NV$^{-}$ zero-phonon-line (ZPL) is
achieved by modulating the 1020 nm laser irradiance. The demonstrated cooling
of NV$^-$:NDs using an optically cooled microcrystal opens up new possibilities
for rapid feedback-controlled cooling of a wide range of nanoscale quantum
materials.
- Abstract（参考訳）: ダイヤモンド中の負電荷の窒素空隙(nv$^-$)中心は、ナノスケール温度測定、磁気測定、単一光子生成、量子コンピューティング、通信など、様々な応用のための驚くべき光学量子センサーである。
しかし、NV$^-$中心を用いたこれらの技術の性能は、劣化した光熱加熱によるNV$^-$中心発光の熱的散乱によって制限されている。
ここでは, 窒素空孔ドープナノダイアモンド(NV$^-$:ND)量子センサの大気中および大気中における高速(ms)光温度制御を実現するために, 固体レーザーの冷却が有効であることを示す。
ナノダイヤモンドは、ファンデルワールス結合によるフッ化イットリウム添加イットリウム(Yb:LiYF$_4$)およびフッ化イットリウム(Yb:NaYF$_4$)を含むセラミック微結晶に付着する。
フッ化物結晶は、1020nmのレーザービームで励起された上向きの赤外光子の効率的な放出によって冷却された。
セラミックスのマイクロ結晶への熱伝達により, 隣接するNV$^-$:NDを大気圧で10K, 27K, それぞれ$\sim$10$^{-3}$Torrで冷却した。
nv$^-$:ndsの温度は、debye-waller factor (dwf) 温度測定と光学的に検出された磁気共鳴 (odmr) の両方を用いて測定され、レーザー冷却されたセラミックス微結晶の温度と一致した。
nv$^{-}$ zero-phonon-line (zpl) の熱誘起スペクトル移動の安定化は、1020nmレーザー照射量を調整することによって達成される。
光学的に冷却されたマイクロ結晶を用いたnv$^-$:ndsの実証冷却は、幅広いナノスケールの量子材料の迅速なフィードバック制御冷却の新たな可能性を開く。
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