論文の概要: A miniaturized magnetic field sensor based on nitrogen-vacancy centers
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2402.19372v3
- Date: Tue, 27 May 2025 11:29:50 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-05-28 17:05:57.96428
- 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 Johansson, 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(NV)中心は、量子センシング技術の主要な候補である。
完全一体型で機械的に頑健な繊維ベースの内視鏡センサーで、先端径は1.25 Mathrmmm$である。
このセンサーは、5.9マンタームT/sqrtmathrmHz$のショットノイズ制限磁場感度を、15マンタームm$のマイクロダイアモンドで50マンターmmW$のマイクロ波パワーで達成し、光学パワーは2.15マンタームである。
- 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. Here, we present a fully integrated and mechanically robust fiber-based endoscopic sensor with a tip diameter of $1.25 \mathrm{mm}$. On its tip, a direct laser writing process is used to fixate a diamond containing NV centers above the fiber's core inside a polymer structure. Additionally, a metallic direct laser-written antenna structure next to the fiber facet allows efficient microwave manipulation of NV center spins. The sensor achieves a shot-noise limited magnetic field sensitivity of $5.9 \mathrm{nT}/ \sqrt{\mathrm{Hz}}$ using a $15 \mathrm{\mu m}$-sized microdiamond at a microwave power of $50 \mathrm{mW}$ and optical power of $2.15 \mathrm{mW}$. Furthermore, we introduce a dual-fiber concept that enables, in combination with a direct laser-written structure, independent guiding of excitation and fluorescence light and thus reduces background autofluorescence. While the demonstrated sensitivity is achieved using a single-fiber configuration, the dual-fiber approach provides a path towards integrating smaller diamonds, where autofluorescence would otherwise limit performance. 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。
ここでは, 先端径が1.25 \mathrm{mm}$の完全一体型, 機械的に頑健な繊維型内視鏡センサを提案する。
先端には、NVを含むダイヤモンドをポリマー構造内の繊維のコアの上に固定するために直接レーザーによる筆記法が用いられる。
さらに、ファイバフェートの横にある金属直接レーザーによるアンテナ構造は、NV中心スピンの効率的なマイクロ波操作を可能にする。
センサは、50ドル/50ドル/50ドル/50ドル/2.15ドル/2.15ドルのマイクロ波パワーで、15ドル/15ドルのマイクロダイアモンドを使用する。
さらに、直接レーザー書き起こし構造と組み合わせて励起光と蛍光光の独立誘導を可能にし、背景自己蛍光を低減できるデュアルファイバーの概念を導入する。
実証された感度は単繊維構成で達成されるが、二重繊維のアプローチはより小さなダイヤモンドを統合するための経路を提供する。
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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