論文の概要: Multicone Diamond Waveguides for Nanoscale Quantum Sensing

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2306.02966v1
• Date: Mon, 5 Jun 2023 15:28:12 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-06-06 14:14:10.623801
• Title: Multicone Diamond Waveguides for Nanoscale Quantum Sensing
• Title（参考訳）: ナノスケール量子センシング用多円錐ダイヤモンド導波路
• Authors: Tianqi Zhu, Jan Rhensius, Viraj Damle, Konstantin Herb, Gabriel Puebla-Hellmann, Christian L. Degen and Erika Janitz
• Abstract要約: ダイヤモンド中の窒素空孔中心の電子スピンは、ナノ磁気および電場を検出するための有望な量子センサーである。 本稿では、一般的な光スピン読み出し技術における信号対雑音比(SNR)の難しさに対処する。 この構造をシミュレーションで最適化し, テーパー付き側壁を有する高さ (geq$5 $mu$m) の柱の収集効率の向上を観察する。 最適化された装置は、コリメーションの改善とエミッションの方向性の改善により、SNRを増加させる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.5131152350448099
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The long-lived electronic spin of the nitrogen-vacancy (NV) center in diamond is a promising quantum sensor for detecting nanoscopic magnetic and electric fields in a variety of experimental conditions. Nevertheless, an outstanding challenge in improving measurement sensitivity is the poor signal-to-noise ratio (SNR) of prevalent optical spin-readout techniques. Here, we address this limitation by coupling individual NV centers to optimized diamond nanopillar structures, thereby improving optical collection efficiency of fluorescence. First, we optimize the structure in simulation, observing an increase in collection efficiency for tall ($\geq$ 5 $\mu$m) pillars with tapered sidewalls. We subsequently verify these predictions by fabricating and characterizing a representative set of structures using a reliable and reproducible nanofabrication process. An optimized device yields increased SNR, owing to improvements in collimation and directionality of emission. Promisingly, these devices are compatible with low-numerical-aperture, long-working-distance collection optics, as well as reduced tip radius, facilitating improved spatial resolution for scanning applications.
• Abstract（参考訳）: ダイヤモンド中の窒素空孔(nv)中心の長寿命電子スピンは、様々な実験条件でナノ磁気および電界を検出するための有望な量子センサーである。 それでも、測定感度を向上させる上での顕著な課題は、一般的な光スピン読み出し技術の信号対雑音比(SNR)が低いことである。 ここでは、個々のNV中心を最適化されたダイヤモンドナノピラー構造に結合することにより、この制限に対処し、蛍光の光学的収集効率を向上させる。 まず, テーパー付き側壁を有する高さ (5$\mu$m) の柱の収集効率の向上を観察し, シミュレーションにおける構造を最適化する。 次に, 信頼性と再現性を有するナノファブリケーションプロセスを用いて, 代表的な構造群を作製し, キャラクタリゼーションすることにより, これらの予測を検証した。 最適化された装置は、コリメーションの改善とエミッションの方向性の改善により、SNRを増加させる。 これらのデバイスは、低照度で長時間動作可能な集光光学と互換性があり、また、先端半径が減少し、走査アプリケーションのための空間分解能が向上する。

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