論文の概要: Geometry dependence of micron-scale NMR signals on NV-diamond chips

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2111.09201v1
• Date: Wed, 17 Nov 2021 15:51:14 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-03-07 21:47:04.956939
• Title: Geometry dependence of micron-scale NMR signals on NV-diamond chips
• Title（参考訳）: NVダイアモンドチップにおけるミクロンスケールNMR信号の幾何学的依存性
• Authors: Fleming Bruckmaier, Karl Briegel, Dominik B. Bucher
• Abstract要約: NMR信号はダイヤモンド表面に対するNV中心配向に強く依存していることを示す。 結果は、顕微鏡オブジェクトのNV-NMR分光のガイドラインを提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Small volume nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR) has recently made considerable progress due to rapid developments in the field of quantum sensing using nitrogen vacancy (NV) centers. These optically active defects in the diamond lattice have been used to probe unprecedented small volumes on the picoliter range with high spectral resolution. However, the NMR signal size depends strongly on both the diamond sensor's and sample's geometry. Using Monte-Carlo integration of sample spin dipole moments, the magnetic field projection along the orientation of the NV center for different geometries has been analysed. We show that the NMR signal strongly depends on the NV-center orientation with respect to the diamond surface. While the signal of currently used planar diamond sensors converges as a function of the sample volume, more optimal geometries lead to a logarithmically diverging signal. Finally, we simulate the expected signal for spherical, cylindrical and nearly-2D sample volumes, covering relevant geometries for interesting applications in NV-NMR such as single-cell biology or NV-based hyperpolarization. The results provide a guideline for NV-NMR spectroscopy of microscopic objects. Keywords: Nitrogen vacancy center, nuclear magnetic resonance, Monte-Carlo, quantum sensing, sample geometry, small volume NMR.
• Abstract（参考訳）: 小型核磁気共鳴分光法(NMR)は、窒素空孔(NV)中心を用いた量子センシング分野の急速な発展により、最近かなりの進歩を遂げている。 これらの光学活性なダイヤモンド格子の欠陥は、高いスペクトル分解能を持つピコリットル範囲で前例のない小さな体積を探索するために用いられる。 しかし、NMR信号の大きさはダイヤモンドセンサーとサンプルの幾何学の両方に強く依存している。 サンプルスピン双極子モーメントのモンテカルロ積分を用いて、異なる測地線に対するnv中心の向きに沿った磁場投影を解析した。 NMR信号はダイヤモンド表面に対するNV中心配向に強く依存していることを示す。 現在使われている平面ダイヤモンドセンサーの信号はサンプル体積の関数として収束するが、より最適なジオメトリーは対数的に発散する信号をもたらす。 最後に, 球状, 円筒状, ほぼ2次元サンプル体積の予測信号をシミュレートし, 単細胞生物学やNV系超分極法といったNV-NMRの興味深い応用への応用について検討した。 結果は、顕微鏡オブジェクトのNV-NMR分光のガイドラインを提供する。 キーワード:窒素空孔中心、核磁気共鳴、モンテカルロ、量子センシング、サンプル幾何学、小体積NMR。

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