論文の概要: A miniaturized magnetic field sensor based on nitrogen-vacancy centers
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2402.19372v2
- Date: Thu, 21 Mar 2024 16:44:42 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-03-22 18:58:05.410804
- Title: A miniaturized magnetic field sensor based on nitrogen-vacancy centers
- Title（参考訳）: 窒素空孔中心を用いた小型磁界センサ
- Authors: Stefan Dix, Dennis Lönard, Isabel Cardoso Barbosa, Jonas Gutsche, Jonas Witzenrath, Artur Widera,
- Abstract要約: ダイヤモンド中の窒素空孔中心は、量子センシング技術の主要な候補である。
5.9,mathrmnT/sqrtmathrmHz$ magnetic field sensitivity。
我々は、最先端の超低温量子ガス実験で用いられる磁場におけるベクトル磁場測定の能力を実証する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The nitrogen-vacancy (NV) center in diamond is a prime candidate for quantum sensing technologies. Ongoing miniaturization calls for ever-smaller sensors maintaining good measurement performance. Here, we present a fully integrated mechanically robust fiber-based endoscopic sensor capable of $5.9\,\mathrm{nT}/ \sqrt{\mathrm{Hz}}$ magnetic field sensitivity utilizing $15\,\mathrm{\mu m}$ sized microdiamonds at a microwave power of $50\,\mathrm{mW}$ and optical power of $2.15\,\mathrm{mW}$. A direct laser writing process is used to localize a diamond containing NV centers above the fiber's core by a polymer structure. This structure enables stable optical access and independent guiding of excitation and fluorescent light in different optical fibers. This separation strongly reduces the contribution of autofluorescence from the excitation light in the optical fiber. Moreover, a metallic direct laser written antenna structure is created next to the fibers' facet, allowing microwave manipulation of the NV centers' spins. The fabricated endoscopic sensor provides a robust platform with a tip diameter of $1.25\,\mathrm{mm}$. The device enables remote optical and microwave access to perform the full range of coherent spin measurements with NV centers at a spatial resolution of $15\,\mathrm{\mu m}$. We demonstrate the capability of vector magnetic field measurements in a magnetic field as used in state-of-the-art ultracold quantum gas experiments, opening a potential field in which high resolution and high sensitivity are necessary.
- Abstract（参考訳）: ダイヤモンド中の窒素空孔(NV)中心は、量子センシング技術の主要な候補である。
常に小型のセンサーが優れた測定性能を維持するため、小型化が進められている。
ここでは,5.9\,\mathrm{nT}/ \sqrt{\mathrm{Hz}}$磁場感度を$15\,\mathrm{\mu m}$マイクロ波パワー50\,\mathrm{mW}$および光パワー2.15\,\mathrm{mW}$とする,完全集積型繊維ベース内視鏡センサを提案する。
直接レーザーによる筆記法を用いて、NVを含むダイヤモンドを繊維の芯の上にポリマー構造で局在させる。
この構造は、異なる光ファイバにおける安定した光アクセスと励起と蛍光光の独立誘導を可能にする。
この分離は、光ファイバ中の励起光からの自己蛍光の寄与を強く減少させる。
さらに、ファイバの面の横に金属製の直接レーザーによるアンテナ構造が作られ、NV中心のスピンをマイクロ波で操作することができる。
製造された内視鏡センサーは、先端直径が1.25\,\mathrm{mm}$の頑丈なプラットフォームを提供する。
このデバイスは、リモート光とマイクロ波のアクセスを可能にし、NV中心で15,\mathrm{\mu m}$の空間解像度で完全なコヒーレントスピン測定を行う。
我々は、最先端の超低温量子ガス実験で用いられる磁場におけるベクトル磁場測定の能力を実証し、高分解能と高感度を必要とするポテンシャル場を開く。
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