論文の概要: Ramsey Envelope Modulation in NV Diamond Magnetometry
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2205.02387v1
- Date: Thu, 5 May 2022 01:19:26 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-14 06:37:02.219443
- Title: Ramsey Envelope Modulation in NV Diamond Magnetometry
- Title（参考訳）: NVダイヤモンド磁気メトリーにおけるラムゼーエンベロープ変調
- Authors: Jner Tzern Oon, Jiashen Tang, Connor A. Hart, Kevin S. Olsson, Matthew
J. Turner, Jennifer M. Schloss and Ronald L. Walsworth
- Abstract要約: ダイヤモンド中の窒素空孔(NV)スピンアンサンブルは、高度な磁気センシングプラットフォームを提供する。
我々は、核スピン上の有効磁場のベクトル記述を用いて、不整合バイアス場に対する15ドルNVラムゼー応答を導出した。
我々はNV$S=1$電子スピン状態の二重量子コヒーレンスがこれらのエンベロープ変調を劇的に抑制することを示した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.1545092788508224
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Nitrogen-vacancy (NV) spin ensembles in diamond provide an advanced magnetic
sensing platform, with applications in both the physical and life sciences. The
development of isotopically engineered $^{15}$NV diamond offers advantages over
naturally occurring $^{14}$NV for magnetometry, due to its simpler hyperfine
structure. However, for sensing modalities requiring a bias magnetic field not
aligned with the sensing NV axis, the absence of a quadrupole moment in the
$^{15}$N nuclear spin leads to pronounced envelope modulation effects in
time-dependent measurements of $^{15}$NV spin evolution. While such behavior in
spin echo experiments are well studied, analogous effects in Ramsey
measurements and the implications for magnetometry remain under-explored. Here,
we derive the modulated $^{15}$NV Ramsey response to a misaligned bias field,
using a simple vector description of the effective magnetic field on the
nuclear spin. The predicted modulation properties are then compared to
experimental results, revealing significant magnetic sensitivity loss if
unaddressed. We demonstrate that double-quantum coherences of the NV $S=1$
electronic spin states dramatically suppress these envelope modulations, while
additionally proving resilient to other parasitic effects such as strain
heterogeneity and temperature shifts.
- Abstract（参考訳）: ダイヤモンド中の窒素空洞(nv)スピンアンサンブルは、物理科学と生命科学の両方に応用できる高度な磁気センシングプラットフォームを提供する。
等方的に工学された$^{15}$NVダイヤモンドの開発は、より単純な超微細構造のために自然に生じる$^{14}$NVよりも利点がある。
しかし、検出されたNV軸と一致しないバイアス磁場を必要とするモードを感知するために、$^{15}$N核スピンに四重極モーメントが存在しないことは、$^{15}$NVスピンの時間依存的な測定において顕著なエンベロープ変調効果をもたらす。
スピンエコー実験におけるこのような挙動はよく研究されているが、ラムゼー測定における類似の効果や磁気測定の意義は未検討のままである。
ここでは、核スピン上の有効磁場の簡単なベクトル記述を用いて、不整合バイアス場に対する変調された$^{15}$NV Ramsey応答を導出する。
予測された変調特性は実験結果と比較され、未適応の場合には大きな磁気感度損失が生じる。
我々は,NV$S=1$電子スピン状態の二重量子コヒーレンスが,これらのエンベロープ変調を劇的に抑制する一方で,歪の不均一性や温度変化といった他の寄生的効果に耐性を示すことを示した。
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