論文の概要: Nanotube spin defects for omnidirectional magnetic field sensing

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2310.02709v1
• Date: Wed, 4 Oct 2023 10:25:53 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-10-05 15:40:23.202135
• Title: Nanotube spin defects for omnidirectional magnetic field sensing
• Title（参考訳）: 全方位磁場センシングのためのナノチューブスピン欠陥
• Authors: Xingyu Gao, Sumukh Vaidya, Saakshi Dikshit, Peng Ju, Kunhong Shen, Yuanbin Jin, Shixiong Zhang, Tongcang Li
• Abstract要約: 室温における窒化ホウ素ナノチューブ(BNNT)の単一光応答性スピン欠陥の観察を報告する。 これらのBNNTスピン欠陥は, 固有量子化軸を持たないスピン=1/2$基底状態を有することが示唆された。 この特徴を利用して2次元磁石の磁場中における異方性磁化を観測する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 12.021897128512363
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Optically addressable spin defects in three-dimensional (3D) crystals and two-dimensional (2D) van der Waals (vdW) materials are revolutionizing nanoscale quantum sensing. Spin defects in one-dimensional (1D) vdW nanotubes will provide unique opportunities due to their small sizes in two dimensions and absence of dangling bonds on side walls. However, optically detected magnetic resonance of localized spin defects in a nanotube has not been reported. Here, we report the observation of single optically addressable spin defects in boron nitride nanotubes (BNNTs) at room temperature. Our findings suggest that these BNNT spin defects possess a spin $S=1/2$ ground state without an intrinsic quantization axis, leading to orientation-independent magnetic field sensing. We harness this unique feature to observe anisotropic magnetization of a 2D magnet in magnetic fields along orthogonal directions, a challenge for conventional spin $S=1$ defects such as diamond nitrogen-vacancy centers. Additionally, we develop a method to deterministically transfer a BNNT onto a cantilever and use it to demonstrate scanning probe magnetometry. Further refinement of our approach will enable atomic scale quantum sensing of magnetic fields in any direction.
• Abstract（参考訳）: 3次元(3d)結晶と2次元(2d)ファンデルワールス(vdw)材料におけるスピン欠陥は、ナノスケールの量子センシングに革命をもたらす。 1次元の(1D)vdWナノチューブのスピン欠陥は、2次元の小さなサイズと側壁上の結合の欠如により、ユニークな機会をもたらす。 しかし、ナノチューブ内の局在スピン欠陥の光学的磁気共鳴は報告されていない。 本稿では, 室温における窒化ホウ素ナノチューブ(BNNT)の単一光応答性スピン欠陥の観察について報告する。 これらのBNNTスピン欠陥は、固有量子化軸を持たないスピン=S=1/2$基底状態を有しており、向きに依存しない磁場センシングをもたらすことが示唆された。 この特異な特徴を利用して、2次元磁石の磁場中における磁気異方性磁化を直交方向に沿って観測する。 さらに、BNNTをカンチレバーに決定的に転送し、それを用いて走査型プローブ磁気メトリーを実証する手法を開発した。 このアプローチのさらなる改良により、任意の方向の磁場の原子スケール量子センシングが可能となる。

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