論文の概要: Thermally-Polarized Solid-State Spin Sensor
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2109.01576v1
- Date: Fri, 3 Sep 2021 15:13:56 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-16 06:29:34.028087
- Title: Thermally-Polarized Solid-State Spin Sensor
- Title（参考訳）: 熱重合型固体スピンセンサ
- Authors: Reginald Wilcox, Erik Eisenach, John Barry, Matthew Steinecker,
Michael O'Keeffe, Dirk Englund, Danielle Braje
- Abstract要約: スピン欠陥アンサンブルに基づく量子センサーは、近年急速に発展し、様々な用途に応用されている。
我々は、欠陥のゼロフィールド分裂によって誘導される熱人口を利用する非光学的状態準備技術を用いた固体センサを実証した。
このアプローチは、ほぼ均一な充填係数と高い単スピン光子不均衡をもたらし、ブロードバンド感度9.7 pT/$sqrttextHz$の磁気センサを生成する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Quantum sensors based on spin defect ensembles have seen rapid development in
recent years, with a wide array of target applications. Historically, these
sensors have used optical methods to prepare or read out quantum states.
However, these methods are limited to optically-polarizable spin defects, and
the spin ensemble size is typically limited by the available optical power or
acceptable optical heat load. We demonstrate a solid-state sensor employing a
non-optical state preparation technique, which harnesses thermal population
imbalances induced by the defect's zero-field splitting. Readout is performed
using the recently-demonstrated microwave cavity readout technique, resulting
in a sensor architecture that is entirely non-optical and broadly applicable to
all solid-state paramagnetic defects with a zero-field splitting. The
implementation in this work uses Cr$^{3+}$ defects in a sapphire (Al$_2$O$_3$)
crystal and a simple microwave architecture where the host crystal also serves
as the high quality-factor resonator. This approach yields a near-unity filling
factor and high single-spin-photon coupling, producing a magnetometer with a
broadband sensitivity of 9.7 pT/$\sqrt{\text{Hz}}$.
- Abstract（参考訳）: スピン欠陥アンサンブルに基づく量子センサーは近年急速に発展し、幅広いターゲット応用が行われている。
歴史的に、これらのセンサーは量子状態の準備や読み出しに光学的手法を用いてきた。
しかしながら、これらの方法は光学的に偏光可能なスピン欠陥に制限されており、スピンアンサンブルサイズは一般に利用可能な光学パワーまたは許容される光熱負荷によって制限される。
我々は、欠陥のゼロフィールド分裂による熱集団不均衡を生かした非光学的状態調製技術を用いた固体センサを実証した。
読み出しは、近年のマイクロ波共振器読み出し技術を用いて行われ、ゼロフィールド分割による全ての固体常磁性欠陥に対して完全に非オプティカルで広く適用可能なセンサアーキテクチャとなる。
この研究の実装には、サファイア(Al$_2$O$_3$)結晶のCr$^{3+}$欠陥と、ホスト結晶が高品質な共振器としても機能する単純なマイクロ波アーキテクチャを用いる。
このアプローチは、ほぼ均一な充填係数と高い単スピン光子結合をもたらし、ブロードバンド感度9.7 pT/$\sqrt{\text{Hz}}$の磁気センサを生成する。
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