論文の概要: Ultra-sensitive magnetic sensor based on 3-dimensional rotation induced Berry phase

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2506.23521v1
• Date: Mon, 30 Jun 2025 05:12:25 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-01 21:27:53.92631
• Title: Ultra-sensitive magnetic sensor based on 3-dimensional rotation induced Berry phase
• Title（参考訳）: 3次元回転誘導ベリー位相に基づく超感度磁気センサ
• Authors: Huaijin Zhang, Zhang-Qi Yin,
• Abstract要約: 本研究では,3次元回転によるベリー位相に基づく直流(DC)磁界測定のための新しい手法を提案する。 約MHzの周波数を持つ3次元回転ダイヤモンド内での14N核スピンの断熱進化を解析した。 この機構を用いて,14N核スピンの静磁場感度が,現在の実験条件下で10(-7) T/Hz(1/2)/N(1/2)に達することを理論的に実証した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.18416014644193066
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: High-sensitivity magnetometers play a crucial role in various domains, including fundamental physics, biomedical imaging, and navigation. Levitated diamonds containing nitrogen-vacancy (NV) centers exhibit significant potential for magnetic sensing due to their high mechanical quality (Q) factor and long spin coherence time. However, previous studies have predominantly focused on electron spin-based measurements of alternating current (AC) magnetic fields. In this letter, we propose a novel approach for direct current (DC) magnetic field measurement based on the Berry phase generated by three-dimensional rotation. We analyze the adiabatic evolution of the 14N nuclear spin inside a levitated 3D rotating diamond with frequencies around MHz. Our finding reveals that the Berry phase exhibits high sensitivity to external parameters near rotation induced nuclear spin resonance. Using this mechanism, we theoretically demonstrate that the static magnetic field sensitivity can reach 10^(-7) T/Hz^(1/2)/N^(1/2) for 14N nuclear spins under the current experimental conditions.
• Abstract（参考訳）: 高感度磁気センサは、基礎物理学、バイオメディカルイメージング、ナビゲーションなど、様々な領域において重要な役割を果たす。 窒素空孔(NV)中心を含むレバタイトダイヤモンドは、その高い機械的品質(Q)因子と長いスピンコヒーレンス時間により、磁気センシングに有意なポテンシャルを示す。 しかし、以前の研究では主に交流磁場(AC)の電子スピンに基づく測定に焦点が当てられていた。 本稿では,3次元回転によるベリー位相に基づく直流(DC)磁界測定のための新しい手法を提案する。 約MHzの周波数を持つ3次元回転ダイヤモンド内での14N核スピンの断熱進化を解析した。 このことから,Berry相は回転誘起核スピン共鳴近傍の外部パラメータに対して高い感度を示すことが明らかとなった。 この機構を用いて, 現在の実験条件下での14N核スピンに対して, 静磁場感度が10^(-7) T/Hz^(1/2)/N^(1/2)に達することを理論的に実証した。

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