論文の概要: Nuclear quadrupole resonance spectroscopy with a femtotesla diamond
magnetometer
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2302.12401v1
- Date: Fri, 24 Feb 2023 02:09:26 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-27 14:51:31.568740
- Title: Nuclear quadrupole resonance spectroscopy with a femtotesla diamond
magnetometer
- Title（参考訳）: フェムトテスラダイヤモンド磁気センサによる核四極子共鳴分光
- Authors: Yaser Silani, Janis Smits, Ilja Fescenko, Michael W. Malone, Andrew F.
McDowell, Andrey Jarmola, Pauli Kehayias, Bryan Richards, Nazanin Mosavian,
Nathaniel Ristoff, Victor M. Acosta
- Abstract要約: 2つのフェライトフラックス濃縮器の間に挿入されたNVドープダイヤモンド膜に基づくフェムトテラRF磁力計を実証した。
この装置は2-10ミクロテラのバイアス磁場で動作し、0.07-3.6MHzの範囲でRF磁場のためにダイヤモンド内で300倍の振幅増強を提供する。
- 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: Sensitive Radio-Frequency (RF) magnetometers that can detect oscillating
magnetic fields at the femtotesla level are needed for demanding applications
such as Nuclear Quadrupole Resonance (NQR) spectroscopy. RF magnetometers based
on Nitrogen-Vacancy (NV) centers in diamond have been predicted to offer
femtotesla sensitivity, but published experiments have largely been limited to
the picotesla level. Here, we demonstrate a femtotesla RF magnetometer based on
an NV-doped diamond membrane inserted between two ferrite flux concentrators.
The device operates in bias magnetic fields of 2-10 microtesla and provides a
~300-fold amplitude enhancement within the diamond for RF magnetic fields in
the 0.07-3.6 MHz range. The magnetometer's sensitivity is ~70 fT s^{1/2} at
0.35 MHz, and the noise floor decreases to below 2 fT after 1 hour of
acquisition. We used this sensor to detect the 3.6 MHz NQR signal of 14N in
sodium nitrite powder at room temperature. NQR signals are amplified by a
resonant RF coil wrapped around the sample, allowing for higher signal-to-noise
ratio detection. The diamond RF magnetometer's recovery time after a strong RF
pulse is ~35 us, limited by the coil ring-down time. The sodium-nitrite NQR
frequency shifts linearly with temperature as -1.00 +/- 0.02 kHz/K, the
magnetization dephasing time is T2* = 887 +/- 51 us, and a spin-lock spin-echo
pulse sequence extends the signal lifetime to 332 +/- 23 ms, all consistent
with coil-based NQR studies. Our results expand the sensitivity frontier of
diamond magnetometers to the femtotesla range, with potential applications in
security, medical imaging, and materials science.
- Abstract（参考訳）: 核四極子共鳴(NQR)分光法などの応用のためには、フェムトテラレベルの振動磁場を検出できる感度無線周波数(RF)磁気センサが必要である。
ダイヤモンド中の窒素-原子価(NV)中心に基づくRF磁力計はフェムトテラ感度を与えると予測されているが、公表された実験はピコテトラレベルに限られている。
ここでは、2つのフェライトフラックス濃縮器の間に挿入されたNVドープダイヤモンド膜に基づくフェムトテラRF磁力計を示す。
この装置は2-10ミクロテラのバイアス磁場で動作し、0.07-3.6MHzの範囲でRF磁場のためにダイヤモンド内で約300倍の振幅増強を提供する。
磁気センサの感度は0.35MHzで約70 fT s^{1/2}であり、ノイズフロアは1時間の取得後に2 fT未満に低下する。
このセンサを用いて室温で硝酸ナトリウム粉末中の14Nの3.6MHzのNQR信号を検出した。
NQR信号はサンプルの周りに巻かれた共鳴RFコイルによって増幅され、より高い信号対雑音比検出が可能となる。
強いRFパルス後のダイヤモンドRF磁力計の回復時間は、コイルリングダウン時間によって制限される35usである。
ナトリウム-硝酸NQR周波数は-1.00 +/-0.02 kHz/Kで直線的に変化し、磁化減速時間はT2* = 887 +/-51 usとなり、スピンロックスピンエチョパルスシーケンスは信号寿命を332 +/-23 msに延長し、コイルベースのNQR研究と一致している。
本研究は, ダイヤモンド磁気センサの感度フロンティアをフェムトテラ範囲に拡張し, セキュリティ, 医用画像, 材料科学への応用の可能性について検討した。
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