論文の概要: Nanoscale Solid-State Nuclear Quadrupole Resonance Spectroscopy using
Depth-Optimized Nitrogen-Vacancy Ensembles in Diamond
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2112.14850v1
- Date: Wed, 29 Dec 2021 22:19:17 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-02 23:08:48.687909
- Title: Nanoscale Solid-State Nuclear Quadrupole Resonance Spectroscopy using
Depth-Optimized Nitrogen-Vacancy Ensembles in Diamond
- Title（参考訳）: ダイヤモンドの深さ最適化窒素原子価アンサンブルを用いたナノスケール固体核四極子共鳴分光
- Authors: Jacob Henshaw, Pauli Kehayias, Maziar Saleh Ziabari, Michael Titze,
Erin Morissette, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, J.I.A Li, Victor M.
Acosta, Edward Bielejec, Michael P. Lilly, Andrew M. Mounce
- Abstract要約: バルク量子物質の核磁気共鳴(NMR)と核四極子共鳴(NQR)分光は、量子相臨界性、磁性、超伝導などの現象に関する洞察を与えている。
磁気現象を持つナノスケールの2次元材料の出現により、誘導検出されたNMRとNQR分光法はナノ材料中の小さなスピンを検出するのに十分な感度が得られない。
ダイヤモンド中の窒素空孔(NV)中心は、NMRとNQR分光の分析力をナノスケールにもたらすことを約束している。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 9.322875230001717
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Nuclear magnetic resonance (NMR) and nuclear quadrupole resonance (NQR)
spectroscopy of bulk quantum materials have provided insight into phenomena
such as quantum phase criticality, magnetism, and superconductivity. With the
emergence of nanoscale 2-D materials with magnetic phenomena,
inductively-detected NMR and NQR spectroscopy are not sensitive enough to
detect the smaller number of spins in nanomaterials. The nitrogen-vacancy (NV)
center in diamond has shown promise in bringing the analytic power of NMR and
NQR spectroscopy to the nanoscale. However, due to depth-dependent formation
efficiency of the defect centers, noise from surface spins, band bending
effects, and the depth dependence of the nuclear magnetic field, there is
ambiguity regarding the ideal NV depth for surface NMR of
statistically-polarized spins. In this work, we prepared a range of shallow NV
ensemble layer depths and determined the ideal NV depth by performing NMR
spectroscopy on statistically-polarized \fluorine{} in Fomblin oil on the
diamond surface. We found that the measurement time needed to achieve an SNR of
3 using XY8-N noise spectroscopy has a minimum at an NV depth of 5.4 nm. To
demonstrate the sensing capabilities of NV ensembles, we perform NQR
spectroscopy on the \boron{} of hexagonal boron nitride flakes. We compare our
best diamond to previous work with a single NV and find that this ensemble
provides a shorter measurement time with excitation diameters as small as 4
$\mu$m. This analysis provides ideal conditions for further experiments
involving NMR/NQR spectroscopy of 2-D materials with magnetic properties.
- Abstract（参考訳）: バルク量子物質の核磁気共鳴(NMR)と核四極子共鳴(NQR)分光は、量子相臨界性、磁性、超伝導などの現象に関する洞察を与えている。
磁気現象を持つナノスケールの2次元材料の出現により、誘導検出されたNMRとNQR分光法はナノ材料中の小さなスピンを検出するのに十分な感度が得られない。
ダイヤモンド中の窒素空孔(NV)中心は、NMRとNQR分光の分析力をナノスケールにもたらすことを約束している。
しかし, 欠陥中心の深さ依存性形成効率, 表面スピンからのノイズ, バンド曲げ効果, 及び核磁場の深さ依存性から, 統計偏極スピンの表面nmrにおける理想的なnv深さについて, 曖昧性がある。
本研究では,ダイヤモンド表面のFomblin油中の統計分極したフッ化物{}に対してNMR分光を行い,浅いNVアンサンブル層深度の範囲を作成し,理想的なNV深度を決定した。
我々は、XY8-Nノイズ分光法を用いて3のSNRを達成するのに必要な測定時間は、NV深さ5.4nmで最小となることを発見した。
NVアンサンブルの感知能力を実証するため,六方晶窒化ホウ素フレークのボロン{}上でNQR分光を行う。
我々は、我々の最高のダイヤモンドを1つのnvと比較し、このアンサンブルが、励起直径が4ドルの小さいより短い測定時間をもたらすことを発見した。
この分析は、磁気特性を持つ2次元材料のNMR/NQR分光を含むさらなる実験のための理想的な条件を提供する。
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