論文の概要: High-Field NMR Enhanced Sensitivity via Nuclear Spin Locking with NV Centers

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.00887v1
• Date: Tue, 01 Apr 2025 15:15:54 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-04-03 13:20:56.329061
• Title: High-Field NMR Enhanced Sensitivity via Nuclear Spin Locking with NV Centers
• Title（参考訳）: NV中心を用いた核スピンロックによる高磁場NMR高感度化
• Authors: Oliver T. Whaites, Jaime García Oliván, Jorge Casanova,
• Abstract要約: ダイヤモンド中の窒素空孔(NV)中心のような固体欠陥は、周囲温度でのNMRセンシングに利用されている。 標準マイクロ波(MW)ベースのセンシング技術により、NVセンターは高速メガヘルツラーモアを高速で追跡するのに苦労した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License:
• Abstract: Solid state defects such as nitrogen vacancy (NV) centers in diamond have been utilized for NMR sensing at ambient temperatures for samples at the nano-scale and up to the micro-scale. Similar to standard NMR, NV-sensitivities can be increased using tesla-valued magnetic fields to boost nuclear thermal polarization, while structural parameters, such as chemical shifts, are also enhanced. However, with standard microwave (MW) based sensing techniques, NV centers struggle to track fast megahertz Larmor frequencies encountered in high-field scenarios. Previous protocols have addressed this by mapping target NMR parameters to the signal amplitude rather than the frequency, using a mediating RF field. Although successful, protocol sensitivities are limited by the coherence time ($T_2^*$) of the NMR signal owing to the presence of stages where the sample magnetization freely evolves. In this work, we propose extending this coherence time, and consequently improving sensitivity, via amplitude encoding with weak nuclear spin locking instead of free evolution, thereby taking advantage of the longer sample coherence times ($T_{1\rho}$). We demonstrate this can enhance protocol sensitivities by $\gtrsim 4$ times.
• Abstract（参考訳）: ダイヤモンド中の窒素空孔(NV)中心のような固体欠陥は、ナノスケールおよびマイクロスケールの試料の周囲温度でのNMRセンシングに利用されてきた。 標準NMRと同様に、化学シフトなどの構造パラメータも強化される一方、核熱偏極を高めるためにテトラ値の磁場を用いてNV感度を高めることができる。 しかし、標準マイクロ波(MW)ベースのセンシング技術では、NVセンターは高速メガヘルツラーモア周波数を高速で追跡するのに苦労している。 従来のプロトコルでは、RF磁場を媒介して、ターゲットNMRパラメータを周波数ではなく信号振幅にマッピングすることでこの問題に対処してきた。 成功したが、試料の磁化が自由に進行するステージの存在により、NMR信号のコヒーレンス時間(T_2^*$)によって、プロトコルの感度は制限される。 本研究では、このコヒーレンス時間を拡張して感度を向上させることを提案し、自由進化の代わりに弱い核スピンロックを持つ振幅符号化により、より長いサンプルコヒーレンス時間(T_{1\rho}$)を利用する。 これはプロトコルの感度を$\gtrsim 4$ timesで向上させることができる。

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