論文の概要: Sensing of magnetic field effects in radical-pair reactions using a quantum sensor

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2209.14066v1
• Date: Wed, 28 Sep 2022 12:56:15 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-01-24 19:46:11.063205
• Title: Sensing of magnetic field effects in radical-pair reactions using a quantum sensor
• Title（参考訳）: 量子センサを用いたラジカル対反応における磁場効果のセンシング
• Authors: Deepak Khurana, Rasmus H. Jensen, Rakshyakar Giri, Juanita Bocquel, Ulrik L. Andersen, Kirstine Berg-S{\o}rensen, and Alexander Huck
• Abstract要約: 特定の化学反応における磁場効果(MFE)は、過去50年間によく確立されてきた。 我々は、局所的なスピン環境とセンサーとの結合を考慮して、ラジカル対の精巧で現実的なモデルを採用する。 2つのモデル系に対して、ラジカル対とNV量子センサの弱い結合状態においても検出可能なMFEの信号を導出する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 50.591267188664666
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Magnetic field effects (MFE) in certain chemical reactions have been well established in the last five decades and are attributed to the evolution of transient radical-pairs whose spin dynamics are determined by local and external magnetic fields. The majority of existing experimental techniques used to probe these reactions only provide ensemble averaged reaction parameters and spin chemistry, hindering the observation of the potential presence of quantum coherent phenomena at the single molecule scale. Here, considering a single nitrogen vacancy (NV) centre as quantum sensor, we investigate the prospects and requirements for detection of MFEs on the spin dynamics of radical-pairs at the scale of single and small ensemble of molecules. We employ elaborate and realistic models of radical-pairs, considering its coupling to the local spin environment and the sensor. For two model systems, we derive signals of MFE detectable even in the weak coupling regime between radical-pair and NV quantum sensor, and observe that the dynamics of certain populations, as well as coherence elements, of the density matrix of the radical pair are directly detectable. Our investigations will provide important guidelines for potential detection of spin chemistry of bio-molecules at the single molecule scale, required to witness the hypothesised importance of quantum coherence in biological processes.
• Abstract（参考訳）: 特定の化学反応における磁場効果(MFE)は過去50年間によく確立されており、スピンダイナミクスが局所磁場と外部磁場によって決定される過渡ラジカルペアの進化に起因している。 これらの反応を調べるために用いられる既存の実験手法の大部分は、アンサンブル平均反応パラメータとスピン化学のみを提供し、単一分子スケールでの量子コヒーレント現象の潜在的存在の観測を妨げる。 そこで, 単一窒素空隙(nv)中心を量子センサとして, 分子の単一・小アンサンブル規模におけるラジカルパイアのスピンダイナミクスにおけるmfe検出の展望と要件について検討した。 我々は,局所スピン環境とセンサとの結合を考慮し,精巧で現実的なラジカルパイアモデルを用いる。 2つのモデル系に対して、ラジカル対とNV量子センサの弱い結合状態においても検出可能なMFEの信号を導出し、ラジカル対の密度行列の特定の集団とコヒーレンス要素のダイナミクスが直接検出可能であることを観察する。 本研究は、生物プロセスにおける量子コヒーレンスの重要性を実証するために必要となる、単一分子規模での生体分子のスピン化学検出のための重要なガイドラインを提供する。

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