論文の概要: Room-Temperature Hybrid 2D-3D Quantum Spin System for Enhanced Magnetic Sensing and Many-Body Dynamics
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.10815v1
- Date: Tue, 15 Apr 2025 02:30:07 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-04-16 22:09:21.024275
- Title: Room-Temperature Hybrid 2D-3D Quantum Spin System for Enhanced Magnetic Sensing and Many-Body Dynamics
- Title（参考訳）: 室温ハイブリッド2D-3D量子スピンシステムによる高感度磁気センシングと多体ダイナミクス
- Authors: Haoyu Sun, Pei Yu, Xu Zhou, Xiangyu Ye, Mengqi Wang, Zhaoxin Liu, Yuhang Guo, Wenzhao Liu, You Huang, Pengfei Wang, Fazhan Shi, Kangwei Xia, Ya Wang,
- Abstract要約: 光学的にアクセス可能なスピン欠陥を持つ2次元(2D)材料は、統合量子スピンシステムを構築するための有望なプラットフォームとして登場した。
2次元六方晶窒化ホウ素フレーク中のホウ素空孔 (VB) スピンと, 3次元単結晶ダイヤモンド中の窒素空孔 (NV) 中心とを結合し, 環境条件下で動作させるハイブリッドスピンシステムを提案する。
この複合システムは完全な制御性を実現し、ダイナミックレンジの改善を含むナノスケール磁気センサの性能を向上させる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 13.426766936840947
- License:
- Abstract: Advances in hybrid quantum systems and their precise control are pivotal for developing advanced quantum technologies. Two-dimensional (2D) materials with optically accessible spin defects have emerged as a promising platform for building integrated quantum spin systems due to their exceptional flexibility and scalability. However, experimentally realizing such systems and demonstrating their superiority remains challenging. Here, we present a hybrid spin system operating under ambient conditions, integrating boron vacancy (VB) spins in 2D hexagonal boron nitride flakes with a single nitrogen vacancy (NV) center in 3D single-crystal diamonds. This combined system achieves full controllability and exhibits enhanced performance for nanoscale magnetic sensing, including an improved dynamic range. Moreover, we investigate the rich many-body spin dynamics within the hybrid system, enabling the first-time quantification of the fluorescence intensity of a single VB defect at 104 counts per second. This result represents a critical step toward the direct optical observation of single VB defects.
- Abstract（参考訳）: ハイブリッド量子システムの進歩とそれらの正確な制御は、先進的な量子技術の発展に重要である。
光学的にアクセス可能なスピン欠陥を持つ2次元(2D)材料は、その例外的な柔軟性とスケーラビリティのために、統合量子スピンシステムを構築するための有望なプラットフォームとして登場した。
しかし、そのようなシステムを実験的に実現し、その優位性を示すことは依然として困難である。
ここでは,2次元六方晶窒化ホウ素フレーク中のホウ素空孔(VB)スピンと3次元単結晶ダイヤモンド中の窒素空孔(NV)中心とを,環境条件下で動作させるハイブリッドスピンシステムを提案する。
この複合システムは完全な制御性を実現し、ダイナミックレンジの改善を含むナノスケール磁気センサの性能を向上させる。
さらに, ハイブリッドシステム内の多体スピンダイナミクスについて検討し, 単一VB欠陥の蛍光強度を毎秒104カウントで初回定量化できるようにした。
この結果は、単一のVB欠陥の直接的な光学的観察に向けた重要なステップである。
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