論文の概要: Enhanced quantum sensing with room-temperature solid-state masers
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2201.04298v2
- Date: Thu, 13 Jan 2022 08:07:00 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-01 08:56:33.555956
- Title: Enhanced quantum sensing with room-temperature solid-state masers
- Title（参考訳）: 室温固体メーザーを用いた量子センシング
- Authors: Hao Wu, Shuo Yang, Mark Oxborrow, Qing Zhao, Bo Zhang, Jiangfeng Du
- Abstract要約: いくつかの固体スピンセンサが開発され、磁場や電場、温度などの物理量の超高感度検出が容易になった。
そこで本研究では, 室温で新たに誕生したメーザー技術により, 固体中でのこのような欠点を克服できることを実験的に実証した。
分子スピンアンサンブルの不均一に拡張された線幅の4倍の減少が観察された。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 20.26121386576863
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Quantum sensing with solid-state systems finds broad applications in diverse
areas ranging from material and biomedical sciences to fundamental physics.
Several solid-state spin sensors have been developed, facilitating the
ultra-sensitive detection of physical quantities such as magnetic and electric
fields and temperature. Exploiting collective behaviour of non-interacting
spins holds the promise of pushing the detection limit to even lower levels,
while to date, those levels are scarcely reached due to the broadened linewidth
and inefficient readout of solid-state spin ensembles. Here, we experimentally
demonstrate that such drawbacks can be overcome by newly reborn maser
technology at room temperature in the solid state. Owing to maser action, we
observe a 4-fold reduction in the inhomogeneously broadened linewidth of a
molecular spin ensemble, which is narrower than the same measured from single
spins at cryogenic temperatures. The maser-based readout applied to
magnetometry showcases a signal-to-noise ratio (SNR) of 30 dB for single shots.
This technique would be a significant addition to the toolbox for boosting the
sensitivity of solid-state ensemble spin sensors.
- Abstract（参考訳）: 固体系の量子センシングは、物質科学や生物医学から基礎物理学まで幅広い分野に応用されている。
いくつかの固体スピンセンサが開発され、磁場や電場、温度などの物理量の超感度検出が容易になった。
非相互作用スピンの集団的挙動の爆発は、検出限界をさらに低いレベルに押し上げるという約束を保っているが、これまでは、固体スピンアンサンブルの線形幅と非効率な読み出しにより、これらのレベルはわずかに到達している。
本研究では, 固体の室温で新たに創成したメーザー技術により, このような欠点を克服できることを実験的に実証する。
メーザー作用により,分子スピンアンサンブルの不均一に拡張された線幅の4倍の減少が観察された。
磁気メソメトリーに適用されたメーザーベースの読み出しは、単発撮影で30dBの信号対雑音比(SNR)を示す。
この技術は、固体アンサンブルスピンセンサーの感度を高めるためのツールボックスに重要な追加となるだろう。
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