論文の概要: Spectroscopy Study on NV Sensors in Diamond-based High-pressure Devices
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2301.05462v1
- Date: Fri, 13 Jan 2023 10:10:19 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-01-16 15:30:21.891146
- Title: Spectroscopy Study on NV Sensors in Diamond-based High-pressure Devices
- Title（参考訳）: ダイヤモンド系高圧デバイスにおけるNVセンサの分光学的研究
- Authors: Kin On Ho, Man Yin Leung, Wenyan Wang, Jianyu Xie, King Yau Yip,
Jiahao Wu, Swee K. Goh, Andrej Denisenko, J\"org Wrachtrup, Sen Yang
- Abstract要約: 窒素空孔(NV)センターは、加圧環境において堅牢で汎用的な量子センサーとして出現している。
同じダイヤモンドアンビル細胞に組み込まれたINVとNDの部分的に再構成された応力テンソルの劇的な差異を実験的に明らかにした。
これにより、特定の目的のためのNVセンサの適切な選択と、DAC内の応力分布に関する洞察が得られる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.1649715139344483
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Recently, the negatively charged nitrogen-vacancy (NV) center has emerged as
a robust and versatile quantum sensor in pressurized environments. There are
two popular ways to implement NV sensing in a diamond anvil cell (DAC), which
is a conventional workhorse in the high-pressure community: create implanted NV
centers (INVs) at the diamond anvil tip or immerse NV-enriched nano-diamonds
(NDs) in the pressure medium. Nonetheless, there are limited studies on
comparing the local stress environments experienced by these sensor types as
well as their performances as pressure gauges. In this work, by probing the NV
energy levels with the optically detected magnetic resonance (ODMR) method, we
experimentally reveal a dramatic difference in the partially reconstructed
stress tensors of INVs and NDs incorporated in the same DAC. Our measurement
results agree with computational simulations, concluding that INVs perceive a
more non-hydrostatic environment dominated by a uniaxial stress along the DAC
axis. This provides insights on the suitable choice of NV sensors for specific
purposes and the stress distribution in a DAC. We further propose some possible
methods, such as using NDs and nanopillars, to extend the maximum working
pressure of quantum sensing based on ODMR spectroscopy, since the maximum
working pressure could be restricted by non-hydrostaticity of the pressure
environment. Moreover, we explore more sensing applications of the NV center by
studying how pressure modifies different aspects of the NV system. We perform a
photoluminescence study using both INVs and NDs to determine the pressure
dependence of the zero-phonon line, which helps developing an all-optical
pressure sensing protocol with the NV center. We also characterize the
spin-lattice relaxation ($T_1$) time of INVs under pressure to lay a foundation
for robust pulsed measurements with NV centers in pressurized environments.
- Abstract（参考訳）: 近年,nv中心は加圧環境において強固で汎用性の高い量子センサとして出現している。
ダイヤモンドアンビル細胞(DAC)にNVセンシングを実装する一般的な方法は、ダイヤモンドアンビル先端に埋め込んだNVセンタ(INV)を作るか、圧力媒体にNV濃縮ナノダイアモンド(ND)を浸すことである。
それにもかかわらず、これらのセンサが経験する局所的な応力環境と圧力計としての性能を比較する研究は限られている。
本研究では,光検出型磁気共鳴(odmr)法を用いてnvエネルギー準位を調べることにより,同一dacに組み込まれたinvsおよびndsの部分再構成応力テンソルの劇的な差を実験的に明らかにした。
測定結果は計算シミュレーションと一致し,INVはDAC軸に沿った一軸応力に支配される非静水環境を知覚する。
これにより、特定の目的に適したNVセンサの選択と、DAC内の応力分布に関する洞察が得られる。
さらに, 圧力環境の非静水性により最大作業圧力が制限されるため, ODMR分光法に基づく量子センシングの最大作業圧力を拡張するために, NDとナノピラーを用いる方法を提案する。
さらに, 圧力がnvシステムの様々な側面をどのように修飾するかを考察し, nvセンターのよりセンシングな応用について検討する。
InVとNDの両方を用いて光ルミネッセンス研究を行い、ゼロフォノン線の圧力依存性を判定し、NV中心を用いた全光圧検出プロトコルの開発を支援する。
また、圧力下でのInVのスピン格子緩和(T_1$)時間を特徴付け、NV中心を加圧環境下での堅牢なパルス測定の基礎を築いた。
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