論文の概要: Simulation of ODMR Spectra from Nitrogen-Vacancy Ensembles in Diamond
for Electric Field Sensing
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2301.04106v1
- Date: Tue, 10 Jan 2023 18:16:12 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-01-11 17:11:20.771952
- Title: Simulation of ODMR Spectra from Nitrogen-Vacancy Ensembles in Diamond
for Electric Field Sensing
- Title（参考訳）: 電界センシング用ダイヤモンド中の窒素空洞アンサンブルからのodmrスペクトルのシミュレーション
- Authors: Yuchun Zhu, Elena Losero, Christophe Galland and Valentin Goblot
- Abstract要約: NVアンサンブルの電子スピン状態および核スピン状態に対する任意の電場および磁場の影響をモデル化するオープンソースシミュレーションツールを提案する。
具体的には、符号は遷移強度を計算し、ショットノイズに制限された光検出磁気共鳴下での感度を予測する。
我々のコードは、ハミルトニアン完全項の無視項に基づく通常の議論が準最適結果を与える状況において、感度を最適化するために使用できることを示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Solid state spins in diamond, in particular negatively charged
nitrogen-vacancy centers (NV), are leading contenders in the field of quantum
sensing. While addressing of single NVs offers nanoscale spatial resolution,
many implementations benefit from using large ensembles to increase signal
magnitude and therefore sensitivity. However, sensing with ensembles brings its
own challenges given the random orientation of the spin quantization axis
within the diamond crystal lattice. Here, we present an open source simulation
tool that models the influence of arbitrary electric and magnetic fields on the
electronic and nuclear spin states of NV ensembles, and can be extended to
other color centers. Specifically, the code computes the transition strengths
and predicts the sensitivity under shot-noise-limited optically-detected
magnetic resonance. We illustrate the use of the code in the context of
electric field sensing, a promising emerging functionality of NV centers with
applications in biosensing and electronics, and bring several subtle features
to light that are due to the interplay between different NV orientations and
the external electric and microwave fields. Moreover, we show that our code can
be used to optimize sensitivity in situations where usual arguments based on
neglecting terms in the full Hamiltonian would give sub-optimal results.
Finally, we propose a novel sensing scheme which allows to perform full vector
electrometry without the need for precise bias magnetic field alignment, thus
reducing the experimental complexity and speeding up the measurement procedure.
- Abstract（参考訳）: ダイヤモンド中の固体スピン、特に負電荷の窒素空孔中心(NV)は、量子センシングの分野において主要な候補である。
単一NVのアドレス化はナノスケールの空間分解能を提供するが、多くの実装では信号の大きさと感度を高めるために大きなアンサンブルを使用することで恩恵を受ける。
しかし、アンサンブルによるセンシングは、ダイヤモンド結晶格子内のスピン量子化軸のランダムな配向を考えると、独自の課題をもたらす。
本稿では,NVアンサンブルの電子スピン状態および核スピン状態に対する任意の電場および磁場の影響をモデル化し,他の色中心にも拡張可能なオープンソースシミュレーションツールを提案する。
具体的には、符号は遷移強度を計算し、ショットノイズ制限光検出磁気共鳴下で感度を予測する。
バイオセンシングや電子工学への応用が期待できるNV中心の新興機能である電場センシングにおけるコードの利用について説明するとともに,異なるNV配向と外部電気・マイクロ波電場との相互作用に起因する微妙な特徴を光にもたらす。
さらに,ハミルトニアン項の無視項に基づく通常の議論が準最適結果を与える状況において,コードを用いて感度を最適化できることを示す。
最後に, 精密なバイアス磁場アライメントを必要とせず, 完全なベクトル電気計測が可能となり, 実験の複雑さを低減し, 測定手順を高速化できる新しいセンシング方式を提案する。
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