論文の概要: Microscale Fiber-Integrated Vector Magnetometer with On-Tip Field Biasing using NV Ensembles in Diamond Microcystals
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2404.14089v1
- Date: Mon, 22 Apr 2024 11:20:10 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-04-23 14:16:23.966603
- Title: Microscale Fiber-Integrated Vector Magnetometer with On-Tip Field Biasing using NV Ensembles in Diamond Microcystals
- Title（参考訳）: ダイヤモンドマイクロシスト内におけるNVアンサンブルを用いたオンチップ磁界バイアスを用いたマイクロスケールファイバ集積ベクトル磁力計
- Authors: Jonas Homrighausen, Frederik Hoffmann, Jens Pogorzelski, Peter Glösekötter, Markus Gregor,
- Abstract要約: 磁場の量子センシングにおいて、ダイヤモンド中のNV中心のアンサンブルは高感度、高帯域幅、空間分解能を提供する。
ここでは、ファイバー積分マイクロスケールコイルを繊維先端に利用し、局所化された一軸磁場を生成する新しいアプローチを提案する。
ショットノイズ制限感度を19.4:textrmnT/Hz1/2$, マイクロスケール空間分解能で測定した。
- 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: In quantum sensing of magnetic fields, ensembles of NV centers in diamond offer high sensitivity, high bandwidth and outstanding spatial resolution while operating in harsh environments. Moreover, the orientation of defect centers along four crystal axes forms an intrinsic coordinate system, enabling vector magnetometry within a single diamond crystal. While most vector magnetometers rely on a known bias magnetic field for full recovery of three-dimensional field information, employing external 3D Helmholtz coils or permanent magnets results in bulky, laboratory-bound setups, impeding miniaturization of the device. Here, a novel approach is presented that utilizes a fiber-integrated microscale coil at the fiber tip to generate a localized uniaxial magnetic field. The same fiber-tip coil is used in parallel for spin control by combining DC and microwave signals in a bias tee. To implement vector magnetometry using a uniaxial bias field, we preselect the orientation of the diamond crystal and then fully characterize it by rotating a static magnetic field in three planes of rotation. We demonstrate the measurement of vector magnetic fields in the full solid angle with a shot-noise limited sensitivity of $19.4\:\textrm{nT/Hz}^{1/2}$ and microscale spatial resolution while achieving a cross section of the fiber sensor head below $1\:\textrm{mm}^2.$
- Abstract（参考訳）: 磁場の量子センシングにおいて、ダイヤモンド中のNV中心のアンサンブルは、厳しい環境で動作しながら高い感度、高い帯域幅、空間分解能を提供する。
さらに、4つの結晶軸に沿った欠陥中心の配向は固有の座標系を形成し、単一のダイヤモンド結晶内のベクトル磁気学を可能にする。
多くのベクトル磁気センサは3次元の磁場情報の完全な回復のために既知のバイアス磁場に依存しているが、外部の3次元ヘルムホルツコイルや永久磁石を用いることで、装置の小型化を妨げている。
ここでは、ファイバー積分マイクロスケールコイルを繊維先端に利用し、局所化された一軸磁場を生成する新しいアプローチを提案する。
同じファイバチップコイルは、バイアスティー内の直流信号とマイクロ波信号を組み合わせることでスピン制御に並列に使用される。
一軸バイアス場を用いたベクトル磁気メトリーを実装するために、ダイヤモンド結晶の配向を事前に選択し、3つの回転平面で静的磁場を回転させることにより、それを完全に特徴づける。
フルソリッド角度におけるベクトル磁界の測定を、19.4\:\textrm{nT/Hz}^{1/2}$とマイクロスケール空間分解能で行うとともに、ファイバーセンサヘッドの断面を1\:\textrm{mm}^2.$以下にする。
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