論文の概要: Zero-field magnetometry using hyperfine-biased nitrogen-vacancy centers near diamond surfaces

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2109.05445v1
• Date: Sun, 12 Sep 2021 06:37:52 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-15 07:26:00.594437
• Title: Zero-field magnetometry using hyperfine-biased nitrogen-vacancy centers near diamond surfaces
• Title（参考訳）: ダイヤモンド表面近傍の超微細バイアス窒素空孔中心を用いたゼロ磁場磁気計測
• Authors: Ning Wang, Chu-Feng Liu, Jing-Wei Fan, Xi Feng, Weng-Hang Leong, Amit Finkler, Andrej Denisenko, J\"org Wrachtrup, Quan Li, Ren-Bao Liu
• Abstract要約: 第一殻13C核スピンからの130MHzの結合は、NV中心スピンに有効なバイアス場を与えることができることを示す。 強超微粒子磁場によって抑制される電荷ノイズにより、零磁場下の交流磁力計もデコヒーレンスによって設定された限界に達する。 超微細バイアス強化ゼロ磁場磁気メトリーは動的デカップリングと組み合わせて単一分子磁気共鳴分光法を強化することができる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.189354274663932
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Shallow nitrogen-vacancy (NV) centers in diamond are promising for nano-magnetometry for they can be placed proximate to targets. To study the intrinsic magnetic properties, zero-field magnetometry is desirable. However, for shallow NV centers under zero field, the strain near diamond surfaces would cause level anti-crossing between the spin states, leading to clock transitions whose frequencies are insensitive to magnetic signals. Furthermore, the charge noises from the surfaces would induce extra spin decoherence and hence reduce the magnetic sensitivity. Here we demonstrate that the relatively strong hyperfine coupling (130 MHz) from a first-shell 13C nuclear spin can provide an effective bias field to an NV center spin so that the clock-transition condition is broken and the charge noises are suppressed. The hyperfine bias enhances the dc magnetic sensitivity by a factor of 22 in our setup. With the charge noises suppressed by the strong hyperfine field, the ac magnetometry under zero field also reaches the limit set by decoherence due to the nuclear spin bath. In addition, the 130 MHz splitting of the NV center spin transitions allows relaxometry of magnetic noises simultaneously at two well-separated frequencies (~2.870 +/- 0.065 GHz), providing (low-resolution) spectral information of high-frequency noises under zero field. The hyperfine-bias enhanced zero-field magnetometry can be combined with dynamical decoupling to enhance single-molecule magnetic resonance spectroscopy and to improve the frequency resolution in nanoscale magnetic resonance imaging.
• Abstract（参考訳）: ダイヤモンド中の低窒素空孔(NV)中心は、ターゲットに近接して配置できるナノ磁気学を約束している。 固有磁気特性を調べるためには、ゼロフィールド磁気測定が望ましい。 しかし、ゼロ磁場下の浅いnv中心では、ダイヤモンド表面付近のひずみはスピン状態間のレベルの反交差を引き起こし、周波数が磁気信号に敏感でないクロック遷移を引き起こす。 さらに、表面からの電荷ノイズは余分なスピンデコヒーレンスを引き起こし、磁気感度を低下させる。 ここでは、第1シェル13c核スピンからの比較的強い超微細結合(130mhz)がnv中心スピンに有効なバイアス場を提供し、クロック遷移条件を破って電荷ノイズを抑制することを実証する。 超微細バイアスは、設定において22の係数でdc磁気感度を高める。 強超微粒子による電荷ノイズが抑制されると、ゼロ磁場下の交流磁気測定も核スピン浴によるデコヒーレンスによる限界に達する。 さらに、NV中心スピン遷移の130MHz分割により、2つのよく区切られた周波数(~2.870 +/- 0.065 GHz)で同時に磁気ノイズの緩和計測が可能となり、ゼロフィールド下での高周波ノイズの(低分解能)スペクトル情報を提供する。 超微細バイアス強化ゼロフィールド磁気測定と動的デカップリングを組み合わせることで、単分子磁気共鳴分光法を増強し、ナノスケール磁気共鳴イメージングにおける周波数分解能を向上させることができる。

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