論文の概要: Quantum sensing of electric field distributions of liquid electrolytes
with NV-centers in nanodiamonds
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2301.04427v1
- Date: Wed, 11 Jan 2023 12:10:09 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-01-12 17:29:55.539083
- Title: Quantum sensing of electric field distributions of liquid electrolytes
with NV-centers in nanodiamonds
- Title（参考訳）: ナノダイヤモンド中のNV中心を有する液体電解質の電界分布の量子センシング
- Authors: M. Hollendonner, S. Sharma, D. B. R. Dasari, A. Finkler, S. V.
Kusminskiy, and R. Nagy
- Abstract要約: 我々は、単一NV中心を用いて、マイクロ波パルスシーケンスを介して電解質内部のイオンが生成する電界分布を推定する。
リチウムイオン電池の場合、$sigma_E$とイオン濃度との間に直接関係があることが分かる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: To use batteries as large-scale energy storage systems it is necessary to
measure and understand their degradation \textit{in-situ} and
\textit{in-operando}. As a battery's degradation is often the result of
molecular processes inside the electrolyte, a sensing platform which allows to
measure the ions with a high spatial resolution is needed. Primary candidates
for such a platform are NV-centers in diamonds. We propose to use a single
NV-center to deduce the electric field distribution generated by the ions
inside the electrolyte through microwave pulse sequences. We show that the
electric field can be reconstructed with great accuracy by using a protocol
which includes different variations of the Free Induction Decay to obtain the
mean electric field components and a modified Hahn-echo pulse sequence to
measure the electric field's standard deviation $\sigma_E$. From a
semi-analytical ansatz we find that for a lithium ion battery there is a direct
relationship between $\sigma_E$ and the ionic concentration. Our results show
that it is therefore possible to use NV-centers as sensors to measure both the
electric field distribution and the local ionic concentration inside
electrolytes.
- Abstract（参考訳）: 電池を大規模エネルギー貯蔵システムとして使用するには、劣化する \textit{in-situ} と \textit{in-operando} の測定と理解が必要である。
電池の劣化は電解質内部の分子過程の結果であることが多いため、高空間分解能でイオンを測定することができるセンシングプラットフォームが必要である。
そのようなプラットフォームの主要な候補はダイヤモンドのnv中心である。
マイクロ波パルスシーケンスを用いて, 電解質内部のイオンが生成する電界分布を推定するために, 単一NV中心を用いる。
電界の標準偏差を$\sigma_E$で測定するために、平均電界成分と修正されたハーン・エチョパルスシーケンスを得るためのフリー誘導減衰の異なるバリエーションを含むプロトコルを用いて、電界を高精度に再構成可能であることを示す。
半分析的なアンサッツから、リチウムイオン電池には、$\sigma_e$ とイオン濃度の間に直接関係があることが分かる。
その結果,NV中心をセンサとして,電解質中の電界分布と局所イオン濃度の両方を測定することが可能であることが示唆された。
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