論文の概要: Quantum sensing of paramagnetic spins in liquids with spin qubits in
hexagonal boron nitride
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2303.02326v1
- Date: Sat, 4 Mar 2023 05:11:56 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-07 20:25:01.506552
- Title: Quantum sensing of paramagnetic spins in liquids with spin qubits in
hexagonal boron nitride
- Title（参考訳）: 六方晶窒化ホウ素におけるスピン量子ビットを持つ液体中常磁性スピンの量子センシング
- Authors: Xingyu Gao, Sumukh Vaidya, Peng Ju, Saakshi Dikshit, Kunhong Shen,
Yong P. Chen, Tongcang Li
- Abstract要約: 六方晶窒化ホウ素 (hBN) のスピン量子ビットは, 層状ファンデルワールス (vdW) 材料であり, 液体中の常磁性スピンをナノスケールで検出するための有望なセンサとして機能することを示す。
液体中の高コントラスト光磁気共鳴(ODMR)を持続するhBN表面に近接して浅いスピン欠陥を生じる。
ケミカルおよび生物学的応用のための超薄型hBN量子センサの可能性を示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.499049669532588
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Paramagnetic ions and radicals play essential roles in biology and medicine,
but detecting these species requires a highly sensitive and ambient-operable
sensor. Optically addressable spin color centers in 3D semiconductors have been
used for detecting paramagnetic spins as they are sensitive to the spin
magnetic noise. However, the distance between spin color centers and target
spins is limited due to the difficulty of creating high-quality spin defects
near the surface of 3D materials. Here, we show that spin qubits in hexagonal
boron nitride (hBN), a layered van der Waals (vdW) material, can serve as a
promising sensor for nanoscale detection of paramagnetic spins in liquids. We
first create shallow spin defects in close proximity to the hBN surface, which
sustain high-contrast optically detected magnetic resonance (ODMR) in liquids.
Then we demonstrate sensing spin noise of paramagnetic ions in water based on
spin relaxation measurements. Finally, we show that paramagnetic ions can
reduce the contrast of spin-dependent fluorescence, enabling efficient
detection by continuous wave ODMR. Our results demonstrate the potential of
ultrathin hBN quantum sensors for chemical and biological applications.
- Abstract（参考訳）: 常磁性イオンとラジカルは生物学や医学において必須の役割を担っているが、これらの種を検出するには高感度で環境に優しいセンサーが必要である。
3d半導体のスピン色中心は、スピン磁気ノイズに敏感な常磁性スピンを検出するために用いられてきた。
しかし, スピン色中心とターゲットスピンとの距離は, 3次元材料表面近傍で高品質なスピン欠陥を生じることが困難であるため, 制限されている。
ここでは, 六方晶窒化ホウ素 (hBN) 中のスピン量子ビットは, 層状ファンデルワールス (vdW) 材料であり, 液体中の常磁性スピンをナノスケールで検出するための有望なセンサとして機能することを示す。
我々はまず、hBN表面に近接して浅いスピン欠陥を発生させ、液体中の高コントラスト光磁気共鳴(ODMR)を持続する。
次に、スピン緩和測定に基づいて水中の常磁性イオンのスピンノイズを検知する。
最後に、常磁性イオンはスピン依存蛍光のコントラストを低減し、連続波ODMRによる効率的な検出を可能にすることを示す。
ケミカルおよび生物学的応用のための超薄型hBN量子センサの可能性を示した。
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