論文の概要: Quantum Diamond Microscope for Dynamic Imaging of Magnetic Fields
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2309.06587v1
- Date: Tue, 12 Sep 2023 20:23:11 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-09-14 16:22:45.077270
- Title: Quantum Diamond Microscope for Dynamic Imaging of Magnetic Fields
- Title（参考訳）: 磁場のダイナミックイメージングのための量子ダイヤモンド顕微鏡
- Authors: Jiashen Tang, Zechuan Yin, Connor A. Hart, John W. Blanchard, Jner
Tzern Oon, Smriti Bhalerao, Jennifer M. Schloss, Matthew J. Turner and Ronald
L. Walsworth
- Abstract要約: 近年,Ramseyプロトコルに基づく広視野NVイメージングは,従来の測定値と比較して均一かつ高感度化されている。
我々はRamseyベースのプロトコルをスピンバス駆動と統合し、NVスピンデフォーカス時間を延長し、磁気感度を向上させる。
バイオミネラル化と電気活性細胞の研究におけるこの動的QDMの新たな応用の可能性について論じる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.602276990341246
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Wide-field imaging of magnetic signals using ensembles of nitrogen-vacancy
(NV) centers in diamond has garnered increasing interest due to its combination
of micron-scale resolution, millimeter-scale field of view, and compatibility
with diverse samples from across the physical and life sciences. Recently,
wide-field NV magnetic imaging based on the Ramsey protocol has achieved
uniform and enhanced sensitivity compared to conventional measurements. Here,
we integrate the Ramsey-based protocol with spin-bath driving to extend the NV
spin dephasing time and improve magnetic sensitivity. We also employ a
high-speed camera to enable dynamic wide-field magnetic imaging. We benchmark
the utility of this quantum diamond microscope (QDM) by imaging magnetic fields
produced from a fabricated wire phantom. Over a $270\times270
\hspace{0.08333em} \mu\mathrm{m}$$^2$ field of view, a median per-pixel
magnetic sensitivity of
$4.1(1)\hspace{0.08333em}\mathrm{nT}$$/\sqrt{\mathrm{Hz}}$ is realized with a
spatial resolution
$\lesssim\hspace{0.08333em}10\hspace{0.08333em}\mu\mathrm{m}$ and
sub-millisecond temporal resolution. Importantly, the spatial magnetic noise
floor can be reduced to the picotesla scale by time-averaging and signal
modulation, which enables imaging of a magnetic-field pattern with a
peak-to-peak amplitude difference of about $300\hspace{0.08333em}\mathrm{pT}$.
Finally, we discuss potential new applications of this dynamic QDM in studying
biomineralization and electrically-active cells.
- Abstract（参考訳）: ダイヤモンド中の窒素空洞(NV)中心のアンサンブルを用いた磁気信号の広視野イメージングは、ミクロンスケールの解像度、ミリスケールの視野、物理科学と生命科学の様々なサンプルとの互換性が組み合わさって、関心が高まっている。
近年,Ramseyプロトコルに基づく広視野NVイメージングは,従来の測定値と比較して均一かつ高感度化されている。
本稿では,NVスピンデフォーカス時間を拡張し,磁気感度を向上させるために,Ramseyベースのプロトコルとスピンバス駆動を統合した。
また, ダイナミック広視野磁気イメージングを実現するために, 高速カメラも採用している。
量子ダイヤモンド顕微鏡 (qdm) の実用性について, ワイヤファントムを作製した磁場をイメージングして評価する。
270 {\displaystyle 270\times270 \hspace{0.08333em} \mu\mathrm{m}$^2$の視野では、中央値の4.1(1)\hspace{0.08333em}\mathrm{nT}$/\sqrt{\mathrm{Hz}}$は空間分解$$\lesssim\hspace{0.08333em}10\hspace{0.08333em}\mu\mathrm{m}$で実現される。
重要なことに、空間磁気ノイズフロアは、時間と信号の変調によりピクトスラスケールに縮小することができ、ピークからピークまでの振幅差が約300\hspace{0.08333em}\mathrm{pT}$の磁場パターンを撮像することができる。
最後に, この動的QDMのバイオミネラル化および電気活性細胞研究への応用の可能性について検討する。
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