論文の概要: Bias-field-free operation of nitrogen-vacancy ensembles in diamond for accurate vector magnetometry
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.24574v1
- Date: Fri, 30 May 2025 13:26:10 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-06-02 19:47:52.966069
- Title: Bias-field-free operation of nitrogen-vacancy ensembles in diamond for accurate vector magnetometry
- Title（参考訳）: 高精度ベクトル磁気計測のためのダイヤモンド中の窒素空孔アンサンブルのバイアスフィールドフリー操作
- Authors: Lilian Childress, Vincent Halde, Kayla Johnson, Andrew Lowther, David Roy-Guay, Romain Ruhlmann, Adrian Solyom,
- Abstract要約: 窒素空孔(NV)中心スピンアンサンブルは、高感度ベクトル磁気学に有望な解決策を提供する。
通常、各NV方向からの信号の分離に使用されるバイアス磁場は永久磁石やコイルのドリフトから不正確性をもたらす。
本研究では,マイクロ波(MW)磁場の方向からNV配向を可変パルス変調ラムゼー列にラベル付けする新しいバイアス場のない手法を提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Accurate measurement of vector magnetic fields is critical for applications including navigation, geoscience, and space exploration. Nitrogen-vacancy (NV) center spin ensembles offer a promising solution for high-sensitivity vector magnetometry, as their different orientations in the diamond lattice measure different components of the magnetic field. However, the bias magnetic field typically used to separate signals from each NV orientation introduces inaccuracy from drifts in permanent magnets or coils. Here, we present a novel bias-field-free approach that labels the NV orientations via the direction of the microwave (MW) field in a variable-pulse-duration Ramsey sequence used to manipulate the spin ensemble. Numerical simulations demonstrate the possibility to isolate each orientation's signal with sub-nT accuracy even without precise MW field calibration, at only a moderate cost to sensitivity. We also provide proof-of-principle experimental validation, observing relevant features that evolve as expected with applied magnetic field. Looking forward, by removing a key source of drift, the proposed protocol lays the groundwork for future deployment of NV magnetometers in high-accuracy or long-duration missions.
- Abstract（参考訳）: ベクトル磁場の正確な測定は、ナビゲーション、地球科学、宇宙探査などの応用にとって重要である。
窒素空孔(NV)中心スピンアンサンブルは、ダイヤモンド格子内の異なる配向が磁場の異なる成分を測定するため、高感度ベクトル磁気メトリーに有望な解を提供する。
しかし、一般的に各NV方向からの信号の分離に使用されるバイアス磁場は永久磁石やコイルのドリフトから不正確性をもたらす。
ここでは、スピンアンサンブルを操作するために用いられる可変パルスデュレーションラムゼーシーケンスにおいて、マイクロ波(MW)磁場の方向を介してNV配向をラベル付けする新しいバイアス場のないアプローチを提案する。
数値シミュレーションにより、正確なMWフィールドキャリブレーションがなくても、各方向の信号をサブnT精度で分離できる可能性を示した。
また,応用磁場で期待どおりに進化する関連する特徴を観察し,原理実証実験を行った。
今後,ドリフトの主要源を除去することで,NV磁気センサを高精度ないし長期のミッションに展開するための基盤となるものとなる。
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