論文の概要: Nanodiamonds with the Optimal Nitrogen Concentration for Quantum Sensing
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2301.10188v1
- Date: Tue, 24 Jan 2023 17:54:04 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-01-25 12:50:01.203299
- Title: Nanodiamonds with the Optimal Nitrogen Concentration for Quantum Sensing
- Title（参考訳）: 量子センシングのための最適窒素濃度ナノダイヤモンド
- Authors: James E March, Benjamin D Wood, Colin J Stephen, Soumen Mandal, Andrew
M Edmonds, Daniel J Twitchen, Matthew L Markham, Oliver A Williams, Gavin W
Morley
- Abstract要約: ダイヤモンド中の負電荷窒素空孔中心(NV$-$)は、様々なセンシング用途で利用されてきた。
異方性精製多結晶ナノダイヤモンドにおけるNV$-$中心の室温における長いスピンコヒーレンスと緩和時間について報告する。
- 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: The negatively charged nitrogen-vacancy centre (NV$^-$) in diamond has been
utilized in a wide variety of sensing applications. The centre's long spin
coherence and relaxation times ($T_2^*$, $T_2$ and $T_1$) at room temperature
are crucial to this, as they often limit sensitivity. Using NV$^-$ centres in
nanodiamonds allows for operations in environments inaccessible to bulk
diamond, such as intracellular sensing. Finding NV$^-$ centres in diamonds
smaller than 100 nm requires the use of fairly high nitrogen concentrations,
while to achieve long spin coherence times, researchers have aimed for low
nitrogen concentrations. Here we show that both aims can be achieved together
by choosing to make the nanodiamonds from a starting material containing 1-10
ppm of nitrogen, a concentration range previously identified for NV$^-$ centre
sensing with bulk diamond, but not yet tested for nanodiamonds. We report long
spin coherence and relaxation times at room temperature for single NV$^-$
centres in isotopically-purified polycrystalline ball-milled nanodiamonds.
Using a spin-locking pulse sequence, we observe spin coherence times, $T_2$, up
786 $\pm$ 200 $\mu$s. We also measure $T_2^*$ times up to 2.06 $\pm$ 0.24
$\mu$s and $T_1$ times up to 2.0 $\pm$ 0.4 ms. Producing the diamonds by
ball-milling allows for the efficient production of large masses of
nanodiamond.
- Abstract（参考訳）: ダイヤモンド中の負電荷窒素空孔中心(NV$^-$)は、様々なセンシング用途で利用されてきた。
室温での長いスピンコヒーレンスと緩和時間(t_2^*$, $t_2$, $t_1$)は、しばしば感度を制限するため、このために重要である。
ナノダイヤモンドにnv$^-$センターを使用することで、細胞内センシングのようなバルクダイヤモンドにアクセスできない環境での操作が可能になる。
100nm以下のダイヤモンド中のNV$^-$中心を見つけるには、かなり高い窒素濃度を用いる必要があるが、長いスピンコヒーレンス時間を達成するために、研究者は低窒素濃度を目指してきた。
ここでは, バルクダイヤモンドを用いたnv$^-$センシングにおいて従来同定されていた濃度範囲である1～10ppmの窒素を含む出発物質からナノダイヤモンドを合成することにより, 両方の目的を同時に達成できることを示す。
異方性精製多結晶ナノダイヤモンドにおけるNV$^-$中心の室温における長いスピンコヒーレンスと緩和時間について報告する。
スピンロックパルスシーケンスを用いて、スピンコヒーレンス時間である$T_2$, up 786 $\pm$ 200 $\mu$sを観測する。
また、$t_2^*$を2.06$\pm$ 0.24$\mu$sと$t_1$ timesから2.0$\pm$ 0.4 msまで測定した。
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