論文の概要: Optimising data processing for nanodiamond based relaxometry

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2211.07269v1
• Date: Mon, 14 Nov 2022 10:58:07 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-01-18 07:10:24.187548
• Title: Optimising data processing for nanodiamond based relaxometry
• Title（参考訳）: ナノダイヤモンドベースの緩和度測定のための最適化データ処理
• Authors: Thea A. Vedelaar (1), Thamir H. Hamoh (1), Felipe Perona Martinez (1), Mayeul Chipaux (2), Romana Schirhagl (1) ((1) Groningen University, University Medical Center Groningen, (2) Institute of Physics, \'Ecole Polytechnique F\'ed\'erale de Lausanne (EPFL))
• Abstract要約: ダイヤモンドの負電荷の窒素空孔中心は、多様な量に対する強力で汎用的な量子センサーとして出現している。 全光学ダイヤモンドベースの緩和計(英: All-optical diamond based relaxometry、T1)は、レーザーパルスの列車に送信されたNV中心の発光をモニターする。 本稿では,ガドリニウムイオン濃度の異なるT1緩和曲線を用いて,データ処理フロー全体のキャリブレーションと最適化を行う。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The negatively charged nitrogen-vacancy (NV) center in diamond has emerged as a powerful and versatile quantum sensor for diverse quantities. In particular, all-optical diamond based relaxometry or T1, which consists of monitoring the NV centers' photoluminescence submitted to a train of green laser pulses, allows to detect magnetic noise and its origin. When applied on diamond nanoparticles, it allows nanoscale resolution and has many applications in biology, for monitoring chemical reactions metabolic activity or diagnostic markers. While increasing the number of NV centers in a nanodiamond allows to collect more signal, a standardized method to extract information from relaxometry experiments of such NV ensembles is still missing. In this article, we use a set of T1 relaxation curves acquired at different concentrations of gadolinium ions to calibrate and optimize the entire data processing flow, from the acquired raw data to the extracted T1. In particular, we use a bootstrap to derive a signal to noise ratio that can be quantitatively compared from one method to another. At first, T1 curves are extracted from photoluminescence pulses. We compare integrating their signal through an optimized window as performed conventionally, to fitting a known function on it. Fitting the decaying T1 curves allows to obtain the relevant T1 value. We compared here the three most commonly used fit models that are, single, bi, and stretched exponential. We finally investigated the effect of the bootstrap itself on the precision of the result as well as the use of a rolling window to allows time-resolution.
• Abstract（参考訳）: ダイヤモンド中の負電荷窒素空孔(NV)中心は、多様な量に対する強力で汎用的な量子センサーとして出現している。 特に、全光学ダイヤモンドベースの緩和計(T1)は、グリーンレーザーパルス列に送信されたNV中心の発光をモニターすることで、磁気ノイズとその起源を検出することができる。 ダイヤモンドナノ粒子に適用すると、ナノスケールの分解が可能となり、化学反応の代謝活性や診断マーカーのモニタリングに多くの応用が期待できる。 ナノダイアモンド中のNV中心の数を増やすことでより多くの信号を集めることができるが、そのようなNVアンサンブルの緩和実験から情報を抽出する標準的な方法がいまだに欠けている。 本稿では,ガドリニウムイオン濃度の異なる濃度で得られたT1緩和曲線を用いて,得られた生データから抽出したT1までのデータ処理フロー全体を校正し,最適化する。 特に、ブートストラップを用いて、ある方法と別の方法とを定量的に比較できる信号対雑音比を導出する。 まず、発光パルスからT1曲線を抽出する。 従来のように最適化された窓を通した信号の統合と、その上に既知の機能を持たせることを比較した。 崩壊するT1曲線を満たすと、関連するT1値が得られる。 ここでは、単体、双体、伸縮指数の3つの最もよく使われるフィットモデルを比較した。 最終的に、ブートストラップ自体が結果の精度や、タイムレゾリューションを可能にするローリングウインドウの使用に与えた影響を調査した。

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