論文の概要: Optically-Trapped Nanodiamond-Relaxometry Detection of Nanomolar
Paramagnetic Spins in Aqueous Environments
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2401.17372v2
- Date: Tue, 20 Feb 2024 17:36:09 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-02-21 19:39:25.156758
- Title: Optically-Trapped Nanodiamond-Relaxometry Detection of Nanomolar
Paramagnetic Spins in Aqueous Environments
- Title（参考訳）: ナノダイアモンド・レラクソメトリーによる水中のナノモル常磁性スピンの検出
- Authors: Shiva Iyer, Changyu Yao, Olivia Lazorik, Pengyun Wang, Gianna Glenn,
Michael Mohs, Yinyao Shi, Michael Mansour, Erik Henriksen, Kater Murch,
Shankar Mukherji, Chong Zu
- Abstract要約: 蛍光ナノダイアモンド(FNDs)の窒素空洞は、ナノスケールで温度、pH、常磁性種を感知する良い候補として浮上している。
光学的に捕捉されたFNDは、常磁性イオンに対して高い再現性を持つナノモル感度を実現する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.246214491914363
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Probing electrical and magnetic properties in aqueous environments remains a
frontier challenge in nanoscale sensing. Our inability to do so with
quantitative accuracy imposes severe limitations, for example, on our
understanding of the ionic environments in a diverse array of systems, ranging
from novel materials to the living cell. The Nitrogen-Vacancy (NV) center in
fluorescent nanodiamonds (FNDs) has emerged as a good candidate to sense
temperature, pH, and the concentration of paramagnetic species at the
nanoscale, but comes with several hurdles such as particle-to-particle
variation which render calibrated measurements difficult, and the challenge to
tightly confine and precisely position sensors in aqueous environment. To
address this, we demonstrate relaxometry with NV centers within
optically-trapped FNDs. In a proof of principle experiment, we show that
optically-trapped FNDs enable highly reproducible nanomolar sensitivity to the
paramagnetic ion, (\mathrm{Gd}^{3+}). We capture the three distinct phases of
our experimental data by devising a model analogous to nanoscale Langmuir
adsorption combined with spin coherence dynamics. Our work provides a basis for
routes to sense free paramagnetic ions and molecules in biologically relevant
conditions.
- Abstract（参考訳）: 水環境における電気的および磁気的性質の探索は、ナノスケールセンシングにおけるフロンティア課題である。
例えば、新しい材料から生きた細胞まで、さまざまなシステムでイオン環境を理解することには厳しい制限が課されています。
蛍光ナノダイアモンド(FND)の窒素-原子空洞(NV)中心は、ナノスケールにおける温度、pH、および常磁性種の濃度を検知する良い候補として現れてきたが、校正された測定を困難にする粒子-粒子間変動や、水環境における正確な位置センサーの厳密化といったハードルがいくつかある。
これを解決するために,光学式FNDにおけるNV中心の緩和効果を示す。
原理実験の証明において、光学的に追跡されたFNDは、常磁性イオン(\mathrm{Gd}^{3+})に対して高い再現性を持つナノモル感度を実現することを示す。
我々は、スピンコヒーレンスダイナミクスと組み合わせたナノスケールラングミュア吸着に類似したモデルを開発することで、実験データの3つの相を捉える。
我々の研究は、生物学的な条件下で自由な常磁性イオンと分子を感知する経路の基礎を提供する。
関連論文リスト
- New opportunities in condensed matter physics for nanoscale quantum sensors [0.14993626998062629]
窒素空孔(NV)中心量子センサーは凝縮物質の研究にユニークな機会を提供する。
定量的、非侵襲的、物理的に堅牢で、ナノスケールの分解能を持ち、幅広い温度で使用することができる。
これらの性質は近年,静磁場のナノスケール分解能測定に利用されてきた。
論文 参考訳（メタデータ） (2024-03-20T16:13:22Z) - All-Optical Nuclear Quantum Sensing using Nitrogen-Vacancy Centers in
Diamond [52.77024349608834]
マイクロ波または高周波駆動は、量子センサーの小型化、エネルギー効率、非侵襲性を著しく制限する。
我々は、コヒーレント量子センシングに対する純粋に光学的アプローチを示すことによって、この制限を克服する。
この結果から, 磁気学やジャイロスコープの応用において, 量子センサの小型化が期待できる。
論文 参考訳（メタデータ） (2022-12-14T08:34:11Z) - Sensing of magnetic field effects in radical-pair reactions using a
quantum sensor [50.591267188664666]
特定の化学反応における磁場効果(MFE)は、過去50年間によく確立されてきた。
我々は、局所的なスピン環境とセンサーとの結合を考慮して、ラジカル対の精巧で現実的なモデルを採用する。
2つのモデル系に対して、ラジカル対とNV量子センサの弱い結合状態においても検出可能なMFEの信号を導出する。
論文 参考訳（メタデータ） (2022-09-28T12:56:15Z) - Sub-nanotesla Sensitivity at the Nanoscale with a Single Spin [11.230326490436141]
ナノスケールでの0.5$bfnT/sqrtHz$の感度は,ダイヤモンド中の窒素空孔欠陥を用いて実験的に達成される。
達成された感度は、複数の量子技術を統合することで大幅に向上する。
論文 参考訳（メタデータ） (2022-05-09T16:42:54Z) - Nanodiamonds based optical-fiber quantum probe for magnetic field and
biological sensing [6.643766442180283]
本研究では, ナノダイアモンドNV中心を化学修飾した小型光ファイバー量子プローブを開発した。
プローブの磁場検出感度は0.57 nT/Hz1/2 @ 1Hzに著しく向上し、ナノダイアモンドNVに基づくファイバ磁力計の新たな記録となった。
論文 参考訳（メタデータ） (2022-02-24T01:41:13Z) - Electrical readout microwave-free sensing with diamond [0.0]
電子スピン共鳴スペクトルをナノスケールの電子スピン共鳴スペクトルで測定する方法として、地中相互緩和特性の光電気的読み出しが有用である。
このアプローチはスピン密度を決定し、局所環境を特徴づけるための潜在的な解決策を提供するかもしれない。
論文 参考訳（メタデータ） (2022-01-05T19:40:10Z) - Laser threshold magnetometry using green light absorption by diamond
nitrogen vacancies in an external cavity laser [52.77024349608834]
ダイヤモンド中の窒素空孔(NV)中心は、近年、量子センシングにかなりの関心を集めている。
最適密度のNV中心を持つダイヤモンドを用いて,pT/sqrt(Hz)レベルの磁場に対する理論的感度を示す。
論文 参考訳（メタデータ） (2021-01-22T18:58:05Z) - An integrated magnetometry platform with stackable waveguide-assisted
detection channels for sensing arrays [45.82374977939355]
ダイヤモンド表面下数ナノメートルのNV$-$-centerを作成できる新しいアーキテクチャを提案する。
我々は結合効率を実験的に検証し、導波路を通した磁気共鳴信号の検出を示し、磁場と温度センサの第一原理実証実験を行う。
今後,空間的,時間的相関の強い2次元センサアレイの開発が期待できる。
論文 参考訳（メタデータ） (2020-12-04T12:59:29Z) - Spin Entanglement and Magnetic Competition via Long-range Interactions
in Spinor Quantum Optical Lattices [62.997667081978825]
超低温物質中における空洞を介する長距離磁気相互作用と光学格子の効果について検討した。
競合シナリオを導入しながら,グローバルな相互作用がシステムの根底にある磁気特性を変化させていることが判明した。
これにより、量子情報目的のためのロバストなメカニズムの設計に向けた新しい選択肢が可能になる。
論文 参考訳（メタデータ） (2020-11-16T08:03:44Z) - Quantum Sensing of Spin Fluctuations of Magnetic Insulator Films with
Perpendicular Anisotropy [0.0]
窒素空孔(NV)センターは、新しい量子センシング、イメージング、ネットワークの取り組みに応用されている。
自然界外磁化による磁気絶縁薄膜の内在スピン変動の非侵襲的測定を報告する。
論文 参考訳（メタデータ） (2020-09-07T04:24:44Z) - Optimisation of a diamond nitrogen vacancy centre magnetometer for
sensing of biological signals [44.62475518267084]
ダイヤモンド中の窒素空孔中心を用いたバイオ磁気学の進歩を示す。
生体計測装置を用いて,DC/低周波域で約100pT/$sqrtHz$の磁場感度を示す。
論文 参考訳（メタデータ） (2020-04-05T18:44:34Z)
関連論文リストは本サイト内にある論文のタイトル・アブストラクトから自動的に作成しています。
指定された論文の情報です。
本サイトの運営者は本サイト（すべての情報・翻訳含む）の品質を保証せず、本サイト（すべての情報・翻訳含む）を使用して発生したあらゆる結果について一切の責任を負いません。