論文の概要: Wide-field microwave magnetic field imaging with nitrogen-vacancy centers in diamond
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2409.16528v1
- Date: Wed, 25 Sep 2024 00:38:13 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-09-27 06:06:51.279433
- Title: Wide-field microwave magnetic field imaging with nitrogen-vacancy centers in diamond
- Title（参考訳）: ダイヤモンド中の窒素空孔中心を用いた広視野マイクロ波磁界イメージング
- Authors: Luca Basso, Pauli Kehayias, Jacob Henshaw, Gajadhar Joshi, Michael P. Lilly, Matthew B. Jordan, Andrew M. Mounce,
- Abstract要約: マイクロ波(MW)磁場のマイクロスケール横方向分解能の非侵襲イメージングは、様々な用途において重要である。
NV中心磁力計は、$mu$mスケールの解像度、ミリスケールの視野、高感度、そして様々なサンプルと互換性のない非侵襲イメージングを提供する理想的なツールとして登場した。
本研究は, 差動レービ周波数測定に基づく新しいNV磁気メトリープロトコルを実証し, 弱いMW磁場の画像化にNV広視野イメージング能力を拡張した。
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- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Non-invasive imaging of microwave (MW) magnetic fields with microscale lateral resolution is pivotal for various applications, such as MW technologies and integrated circuit failure analysis. Diamond nitrogen-vacancy (NV) center magnetometry has emerged as an ideal tool, offering $\mu$m-scale resolution, millimeter-scale field of view, high sensitivity, and non-invasive imaging compatible with diverse samples. However, up until now, it has been predominantly used for imaging of static or low-frequency magnetic fields or, concerning MW field imaging, to directly characterize the same microwave device used to drive the NV spin transitions. In this work we leverage an NV center ensemble in diamond for wide-field imaging of MW magnetic fields generated by a test device employing a differential measurement protocol. The microscope is equipped with a MW loop to induce Rabi oscillations between NV spin states, and the MW field from the device-under-test is measured through local deviations in the Rabi frequency. This differential protocol yields magnetic field maps of a 2.57 GHz MW field with a sensitivity of $\sim$ 9 $\mu$T Hz$^{-1/2}$ for a total measurement duration of $T = 357$ s, covering a $340\times340$ $\mu$m$^2$ field of view with a $\mu$m-scale spatial resolution and a DUT input power dynamic range of 30 dB. This work demonstrates a novel NV magnetometry protocol, based on differential Rabi frequency measurement, that extends NV wide-field imaging capabilities to imaging of weak MW magnetic fields that would be difficult to measure directly through standard NV Rabi magnetometry.
- Abstract（参考訳）: マイクロ波(MW)磁場のマイクロスケール横方向分解能の非侵襲イメージングは、MW技術や集積回路故障解析などの様々な応用において重要である。
ダイヤモンド窒素空洞(NV)中心磁力計は理想的なツールとして登場し、$\mu$mスケールの解像度、ミリスケールの視野、高感度、様々なサンプルと互換性のある非侵襲イメージングを提供する。
しかし、これまでは、静磁場や低周波磁場のイメージングや、MW磁場のイメージングにおいて、NVスピン遷移を駆動するのと同じマイクロ波デバイスを直接特徴付けるために主に用いられてきた。
本研究では、ダイヤモンド中のNV中心アンサンブルを用いて、差分測定プロトコルを用いた試験装置によって生成されたMW磁場の広視野イメージングを行う。
顕微鏡は、NVスピン状態間のRabi振動を誘導するMWループを備え、装置アンダーテストからのMWフィールドは、Rabi周波数の局所的な偏差によって測定される。
この微分プロトコルは2.57 GHz MW の磁場マップを$\sim$ 9 $\mu$T Hz$^{-1/2}$で、合計測定期間は$T = 357$ sで、340\times 340$$\mu$m$^2$ビューと$\mu$mスケールの空間分解能とDUT入力パワーダイナミックレンジが30dBである。
この研究は、差動ラビの周波数測定に基づく新しいNV磁気メトリプロトコルを実証し、標準ラビ磁気メトリで直接測定することが難しい弱いMW磁場のイメージングまで、NV広視野イメージング能力を拡張した。
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