論文の概要: High-precision mapping of diamond crystal strain using quantum
interferometry
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2108.00304v2
- Date: Wed, 12 Oct 2022 20:25:42 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-20 07:02:52.951023
- Title: High-precision mapping of diamond crystal strain using quantum
interferometry
- Title（参考訳）: 量子干渉法によるダイヤモンド結晶ひずみの高精度マッピング
- Authors: Mason C. Marshall and Reza Ebadi and Connor Hart and Matthew J. Turner
and Mark J.H. Ku and David F. Phillips and Ronald L. Walsworth
- Abstract要約: 我々は,ミクロンスケールの空間分解能,ミリスケールの視野など,ユニークな機能を備えたダイヤモンドひずみ測定を報告する。
単結晶CVDバルクダイヤモンド中の窒素空孔(NV)色中心のアンサンブルにひずみ感受性スピン状態干渉計を用いた。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.1545092788508224
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Crystal strain variation imposes significant limitations on many quantum
sensing and information applications for solid-state defect qubits in diamond.
Thus, precision measurement and control of diamond crystal strain is a key
challenge. Here, we report diamond strain measurements with a unique set of
capabilities, including micron-scale spatial resolution, millimeter-scale
field-of-view, and a two order-of-magnitude improvement in volume-normalized
sensitivity over previous work [1], reaching $5(2) \times
10^{-8}/\sqrt{\rm{Hz}\cdot\rm{\mu m}^3}$ (with spin-strain coupling
coefficients representing the dominant systematic uncertainty). We use
strain-sensitive spin-state interferometry on ensembles of nitrogen vacancy
(NV) color centers in single-crystal CVD bulk diamond with low strain
gradients. This quantum interferometry technique provides insensitivity to
magnetic-field inhomogeneity from the electronic and nuclear spin bath, thereby
enabling long NV ensemble electronic spin dephasing times and enhanced strain
sensitivity. We demonstrate the strain-sensitive measurement protocol first on
a scanning confocal laser microscope, providing quantitative measurement of
sensitivity as well as three-dimensional strain mapping; and second on a
wide-field imaging quantum diamond microscope (QDM). Our strain microscopy
technique enables fast, sensitive characterization for diamond material
engineering and nanofabrication; as well as diamond-based sensing of strains
applied externally, as in diamond anvil cells or embedded diamond stress
sensors, or internally, as by crystal damage due to particle-induced nuclear
recoils.
- Abstract（参考訳）: 結晶ひずみの変動は、ダイヤモンドの固体欠陥量子ビットに対する多くの量子センシングおよび情報応用に重大な制限を課す。
したがって、ダイヤモンド結晶ひずみの精密測定と制御は重要な課題である。
ここでは, マイクロンスケールの空間分解能, ミリメートル場オブビュー, 体積正規化感度の2次改善 [1], 5(2) \times 10^{-8}/\sqrt{\rm{hz}\cdot\rm{\mu m}^3}$ (スピン-ひずみ結合係数が支配的な系統的不確かさを表す) など, 特異な特性を持つダイヤモンドひずみ測定値について報告する。
ひずみ勾配の低い単結晶CVDバルクダイヤモンドにおける窒素空孔(NV)色中心のアンサンブルに対するひずみ感受性スピン状態干渉法を用いた。
この量子干渉法により、電子および核スピン浴からの磁場不均一性に対する非感度が得られ、長いnvアンサンブル電子スピンデファスメント時間とひずみ感度が向上する。
まず, 走査共焦点レーザー顕微鏡を用いて, 感度の定量的測定と三次元ひずみマッピング, および広視野イメージング量子ダイヤモンド顕微鏡(qdm)を用いて, ひずみ感度測定プロトコルを実証した。
我々のひずみ顕微鏡技術は、ダイヤモンド材料工学とナノファブリケーションの高速かつ高感度なキャラクタリゼーションを可能にし、ダイヤモンドアンビル細胞や埋め込みダイヤモンド応力センサ、あるいは粒子誘起核再コイルによる結晶損傷によって外部に印加されたひずみのダイヤモンドベースセンシングを可能にする。
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