論文の概要: Characterizing the magnetic noise power spectrum of dark spins in diamond
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2312.12643v2
- Date: Mon, 12 Aug 2024 07:03:48 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-08-14 00:28:28.991976
- Title: Characterizing the magnetic noise power spectrum of dark spins in diamond
- Title（参考訳）: ダイヤモンドにおける暗スピンの磁気ノイズパワースペクトルのキャラクタリゼーション
- Authors: Ethan Q. Williams, Chandrasekhar Ramanathan,
- Abstract要約: 我々は、通常、NV(窒素空洞)中心の浴槽を形成するダイヤモンド中のP1中心のアンサンブルの磁気ノイズパワースペクトルを測定した。
すべてのパワースペクトルは、およそ1/omega0.7-1.0$のスケールで観測される広い成分と、13ドルCのラーモア周波数で顕著なピークの2つの特徴を示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Coherence times of spin qubits in solid-state platforms are often limited by the presence of a spin bath. While some properties of these typically dark bath spins can be indirectly characterized via the central qubit, it is important to characterize their properties by direct measurement. Here we use pulsed electron paramagnetic resonance (pEPR) based Carr-Purcell-Meiboom-Gill (CPMG) dynamical decoupling to measure the magnetic noise power spectra for ensembles of P1 (substitutional nitrogen) centers in diamond that typically form the bath for NV (nitrogen-vacancy) centers. The experiments on the P1 centers were performed on a low [N] CVD (chemical vapor deposition) sample and a high [N] HPHT (high-temperature, high-pressure) sample at 89 mT. We characterize the NV centers of the latter sample using the same 2.5 GHz pEPR spectrometer. All power spectra show two distinct features, a broad component that is observed to scale as approximately $1/\omega^{0.7-1.0}$, and a prominent peak at the $^{13}$C Larmor frequency. The behavior of the broad component is consistent with an inhomogeneous distribution of Lorentzian spectra due to clustering of P1 centers, which has recently been shown to be prevalent in HPHT diamond. It is unknown if such clustering occurs in CVD diamond. We develop techniques utilizing harmonics of the CPMG filter function to improve characterization of high-frequency signals, which we demonstrate on the $^{13}$C nuclear Larmor frequency. At 190 mT this is 2.04 MHz, 5.7 times higher than the CPMG modulation frequency ($<357$ kHz, hardware-limited). We assess the robustness of our methods in the presence of finite pulse widths and flip angle errors. Understanding the interactions of dark spins will inform methods of diamond fabrication for quantum technology. These techniques are applicable to ac magnetometry for nanoscale nuclear magnetic resonance and chemical sensing.
- Abstract（参考訳）: 固体プラットフォームにおけるスピン量子ビットのコヒーレンス時間はスピン浴の存在によって制限されることが多い。
これらの典型的には暗い浴室スピンのいくつかの特性は中心量子ビットによって間接的に特徴づけられるが、直接測定することでそれらの特性を特徴づけることが重要である。
ここでは、パルス電子常磁性共鳴(pEPR)に基づくカル・プルセル・マイボーム・ギル(CPMG)ダイナミックデカップリングを用いて、通常、NV(窒素空洞)中心の浴を形成するダイヤモンド中のP1(置換窒素)中心のアンサンブルの磁気ノイズパワースペクトルを測定する。
実験は, 低 [N] CVD 試料と高 [N] HPHT (高温高圧) 試料を89 mTで行った。
すべてのパワースペクトルは、およそ1/\omega^{0.7-1.0}$のスケールで観測される広い成分と、$^{13}$Cラーモア周波数での顕著なピークの2つの特徴を示す。
広帯域成分の挙動は、最近HPHTダイヤモンドでよく見られるP1中心のクラスター化によるローレンツスペクトルの不均一分布と一致している。
このようなクラスターがCVDダイヤモンドに発生するかどうかは不明である。
我々は、CPMGフィルタ関数の高調波を利用して高周波信号の特性を向上させる手法を開発し、これを$^{13}$C核ラーモア周波数で示す。
190 mT は 2.04 MHz であり、CPMG 変調周波数 (<357$ kHz, ハードウェア制限) の5.7 倍である。
有限パルス幅とフリップ角誤差の存在下での手法のロバスト性を評価する。
ダークスピンの相互作用を理解することで、量子技術のためのダイヤモンド製造の方法がわかる。
これらの技術は、ナノスケールの核磁気共鳴と化学センシングに応用できる。
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