論文の概要: Quantum sensing with spin defects in boron nitride nanotubes
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.16725v1
- Date: Wed, 23 Apr 2025 13:55:20 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-05-02 16:11:06.468357
- Title: Quantum sensing with spin defects in boron nitride nanotubes
- Title（参考訳）: 窒化ホウ素ナノチューブのスピン欠陥による量子センシング
- Authors: Roberto Rizzato, Andrea Alberdi Hidalgo, Linyan Nie, Elena Blundo, Nick R. von Grafenstein, Jonathan J. Finley, Dominik B. Bucher,
- Abstract要約: 窒化ホウ素ナノチューブ(BNNT)の自然発生スピン欠陥に基づく新しい量子センサのクラスを導入する。
第一に、これらの欠陥は、最近同定されたhBNの中心と同様、炭素に関係しているという強い証拠を示す。
密集型BNNTネットワークに埋め込まれたアンサンブル上でのコヒーレントスピン制御を実証する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
- Abstract: Spin defects in semiconductors are widely investigated for various applications in quantum sensing. Conventional host materials such as diamond and hexagonal boron nitride (hBN) provide bulk or low-dimensional platforms for optically addressable spin systems, but often lack the structural properties needed for chemical sensing. Here, we introduce a new class of quantum sensors based on naturally occurring spin defects in boron nitride nanotubes (BNNTs), which combine high surface area with omnidirectional spin control, key features for enhanced sensing performance. First, we present strong evidence that these defects are carbon-related, akin to recently identified centers in hBN, and demonstrate coherent spin control over ensembles embedded within dense, microscale BNNTs networks. Using dynamical decoupling, we enhance spin coherence times by a factor exceeding 300x and implement high-resolution detection of radiofrequency signals. By integrating the BNNT mesh sensor into a microfluidic platform we demonstrate chemical sensing of paramagnetic ions in solution, with detectable concentrations reaching levels nearly 1000 times lower than previously demonstrated using comparable hBN-based systems. This highly porous and flexible architecture positions BNNTs as a powerful new host material for quantum sensing.
- Abstract（参考訳）: 半導体のスピン欠陥は、量子センシングの様々な応用のために広く研究されている。
ダイヤモンドや六方晶窒化ホウ素(hBN)のような従来のホスト材料は、光学的に対応可能なスピンシステムのためのバルクまたは低次元のプラットフォームを提供するが、化学センシングに必要な構造的特性は欠如していることが多い。
本稿では、高表面積と全方向スピン制御を組み合わせた窒化ホウ素ナノチューブ(BNNT)の自然発生スピン欠陥に基づく新しい量子センサについて紹介する。
第一に、これらの欠陥は、最近同定されたhBNの中心に似ており、密集したBNNTネットワークに埋め込まれたアンサンブル上でのコヒーレントなスピン制御を示す。
動的デカップリングを用いて,300倍を超える因子によるスピンコヒーレンス時間を向上し,高周波信号の高分解能検出を実現する。
BNNTメッシュセンサをマイクロ流体プラットフォームに統合することにより、溶液中の常磁性イオンの化学的検出を実証し、検出可能な濃度は、比較したhBN系システムで実証されたよりも1000倍低いレベルに達した。
この非常に多孔質で柔軟なアーキテクチャは、BNNTを量子センシングのための強力な新しいホスト材料として位置づけている。
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