論文の概要: High-Field Magnetometry with Hyperpolarized Nuclear Spins

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2112.11612v1
• Date: Wed, 22 Dec 2021 01:33:07 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2023-03-03 20:31:57.367111
• Title: High-Field Magnetometry with Hyperpolarized Nuclear Spins
• Title（参考訳）: 超偏極核スピンを用いた高磁場磁気計測
• Abstract要約: ダイヤモンド中の超分極1,13C$の核スピンのアンサンブルから構築した高磁場スピン磁力計を提案し,実証する。 7Tおよび単結晶試料の量子センシングにおいて,100mHz以上のスペクトル分解能を示す。 この研究は、超分極ナノダイヤモンドから構築されたマイクロスケールNMR化学センサーの興味深い機会を示唆している。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum sensors have attracted broad interest in the quest towards sub-micronscale NMR spectroscopy. Such sensors predominantly operate at low magnetic fields. Instead, however, for high resolution spectroscopy, the high-field regime is naturally advantageous because it allows high absolute chemical shift discrimination. Here we propose and demonstrate a high-field spin magnetometer constructed from an ensemble of hyperpolarized ${}^{13}C$ nuclear spins in diamond. The ${}^{13}C$ nuclei are initialized via Nitrogen Vacancy (NV) centers and protected along a transverse Bloch sphere axis for minute-long periods. When exposed to a time-varying (AC) magnetic field, they undergo secondary precessions that carry an imprint of its frequency and amplitude. The method harnesses long rotating frame ${}^{13}C$ sensor lifetimes $T_2^{\prime}{>}$20s, and their ability to be continuously interrogated. For quantum sensing at 7T and a single crystal sample, we demonstrate spectral resolution better than 100 mHz (corresponding to a frequency precision ${<}$1ppm) and single-shot sensitivity better than 70pT. We discuss the advantages of nuclear spin magnetometers over conventional NV center sensors, including deployability in randomly-oriented diamond particles and in optically scattering media. Since our technique employs densely-packed ${}^{13}C$ nuclei as sensors, it demonstrates a new approach for magnetometry in the "coupled-sensor" limit. This work points to interesting opportunities for microscale NMR chemical sensors constructed from hyperpolarized nanodiamonds and suggests applications of dynamic nuclear polarization (DNP) in quantum sensing.
• Abstract（参考訳）: 量子センサーはサブミクロンスケールnmrスペクトロスコピーの探求に大きな関心を集めている。 このようなセンサーは主に低磁場で作動する。 しかし、高分解能分光では、高い絶対的な化学シフトの識別を可能にするため、高フィールドレジームは自然に有利である。 本稿では,ダイヤモンド中の超分極${}^{13}C$核スピンのアンサンブルから構築した高磁場スピン磁力計を提案し,実演する。 ${}^{13}C$核は窒素空洞(NV)中心を介して初期化され、横ブルーフ球軸に沿って微小な期間保護される。 時間変化した(AC)磁場に曝されると、その周波数と振幅の印加を行う二次偏差が生じる。 この方法は、長い回転フレームの${}^{13}c$センサーライフタイムの$t_2^{\prime}{>}$20sと、継続的な尋問能力を利用する。 7Tおよび単結晶試料での量子センシングでは、100mHz以上のスペクトル分解能(周波数精度${<}$1ppm)と70pT以上の単発感度を示す。 従来のNV中心センサに対する核スピン磁気センサの利点について論じ, ランダム配向ダイヤモンド粒子の展開性や光散乱媒体の展開性について考察した。 我々の技術は、高密度に充填された${}^{13}C$核をセンサーとして採用しているため、「結合センサー」限界下での磁気メトリーの新しいアプローチを示す。 この研究は、超分極ナノダイヤモンドから構築されたマイクロスケールNMR化学センサーの興味深い機会を示し、量子センシングにおける動的核偏極(DNP)の応用を提案する。

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