論文の概要: High sensitivity pressure and temperature quantum sensing in organic crystals
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2410.10705v1
- Date: Mon, 14 Oct 2024 16:44:51 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-10-29 20:05:09.769240
- Title: High sensitivity pressure and temperature quantum sensing in organic crystals
- Title（参考訳）: 有機結晶における高感度圧力と温度量子センシング
- Authors: Harpreet Singh, Noella DSouza, Joseph Garrett, Angad Singh, Brian Blankenship, Emanuel Druga, Riccardo Montis, Liang Tan, Ashok Ajoy,
- Abstract要約: ペンタセンをドープしたパラテルフェニル結晶を用いた圧力(P)および温度(T)センシングのための分子プラットフォームを提案する。
我々は,光励起三重電子の光検出磁気共鳴(ODMR)を利用する。
ダイアモンド中の窒素空孔中心より1200倍以上3倍大きいdf/dP=1.8MHz/barとdf/dT=247kHz/Kの最大ODMR周波数変化を観測した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 2.4044857243896742
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The inherent sensitivity of quantum sensors to their physical environment can make them good reporters of parameters such as temperature, pressure, strain, and electric fields. Here, we present a molecular platform for pressure (P) and temperature (T) sensing using para-terphenyl crystals doped with pentacene. We leverage the optically detected magnetic resonance (ODMR) of the photoexcited triplet electron in the pentacene molecule, that serves as a sensitive probe for lattice changes in the host para-terphenyl due to pressure or temperature variations. We observe maximal ODMR frequency variations of df/dP=1.8 MHz/bar and df/dT=247 kHz/K, which are over 1,200 times and three times greater, respectively, than those seen in nitrogen-vacancy centers in diamond. This results in a >85-fold improvement in pressure sensitivity over best previously reported. The larger variation reflects the weaker nature of the para-terphenyl lattice, with first-principles DFT calculations indicating that even picometer-level shifts in the molecular orbitals due to P, T changes are measurable. The platform offers additional advantages including high levels of sensor doping, narrow ODMR linewidths and high contrasts, and ease of deployment, leveraging the ability for large single crystals at low cost. Overall, this work paves the way for low-cost, optically-interrogated pressure and temperature sensors and lays the foundation for even more versatile sensors enabled by synthetic tunability in designer molecular systems.
- Abstract（参考訳）: 量子センサーの物理的環境に対する固有の感度は、温度、圧力、ひずみ、電場といったパラメータの優れたレポーターに役立てることができる。
本稿では,ペンタセンをドープしたパラテルフェニル結晶を用いた圧力(P)および温度(T)検出のための分子プラットフォームを提案する。
我々は、光励起三重項電子の光検出磁気共鳴(ODMR)を利用して、圧力や温度の変化による宿主パラテフェニルの格子変化の感度の高いプローブとして機能する。
ダイアモンド中の窒素空孔中心より1200倍以上3倍大きいdf/dP=1.8MHz/barとdf/dT=247kHz/Kの最大ODMR周波数変化を観測した。
その結果,前報よりも85倍の圧力感度が向上した。
より大きな変異は、パラテルフェニル格子の弱い性質を反映しており、第一原理のDFT計算は、P、Tの変化による分子軌道のピコメーターレベルのシフトでさえ測定可能であることを示している。
このプラットフォームには、高レベルのセンサードーピング、狭いODMRライン幅と高コントラスト、デプロイの容易さなどの利点があり、低コストで大きな単結晶の能力を利用することができる。
全体として、この研究は低コストで光学的に絶縁された圧力と温度センサーの道を切り開いており、デザイナー分子システムにおける合成チューナビリティによってさらに多用途なセンサーの基礎を築いている。
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