論文の概要: Earth's field diamond vector magnetometry with isotropic magnetic flux concentrators
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.00215v1
- Date: Mon, 30 Jun 2025 19:35:06 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-07-03 14:22:58.729023
- Title: Earth's field diamond vector magnetometry with isotropic magnetic flux concentrators
- Title（参考訳）: 等方性磁束集光器を用いた地球の磁場ダイヤモンドベクトル磁気メトリー
- Authors: Maziar Saleh Ziabari, Nazanin Mosavian, Ilja Fescenko, Yaser Silani, Bryan A. Richards, Andris Berzins, Maxwell D. Aiello, Keith A. Lidke, Andrey Jarmola, Janis Smits, Victor M. Acosta,
- Abstract要約: ダイヤモンド中の窒素空洞中心の光検出磁気共鳴(ODMR)に基づくベクトル磁気センサは、ナビゲーションや地磁気などへの応用のために開発されている。
ここでは、等方的3次元磁束集中器を用いて、方向を変えることなく地球の磁場を増幅する可能性について実験的に検討する。
我々は、磁気センサの安定性を6時間にわたって追跡し、温度のドリフトによって制限された1時間あたり40 nT未満の変動を観測する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Vector magnetometers based on the optically detected magnetic resonance (ODMR) of nitrogen-vacancy centers in diamond are being developed for applications such as navigation and geomagnetism. However, at low magnetic fields, such as that on Earth (~50 {\mu}T), diamond magnetometers suffer from spectral congestion whereby ODMR peaks are not easily resolved. Here, we experimentally investigate a potential solution of using an isotropic, three-dimensional magnetic flux concentrator to amplify Earth's field without altering its direction. The concentrator consists of six ferrite cones, in a face-centered cubic arrangement, centered about a diamond. We vary the direction of a 50 {\mu}T applied field and record and fit the resulting ODMR spectra. By comparing the fitted fields to those of a reference fluxgate magnetometer, we characterize the angular response of the diamond magnetometer and quantify absolute errors in the field magnitude and angle. We find that the enhancement factor is nearly isotropic, with a mean of 19.05 and a standard deviation of 0.16, when weighted by solid angle coverage. Gradient broadening of the ODMR lines is sufficiently small that the spectra are well resolved for nearly all field directions, alleviating spectral congestion. For ~98% of the total 4{\pi} solid angle, Cram\'er-Rao lower bounds for magnetic field estimation uncertainty are within a factor of 2 of those of the fully-resolved case, indicating minimal deadzones. We track the stability of the magnetometer over six hours and observe variations less than or approximately 40 nT/hour, limited by temperature drift. Our study presents a new route for diamond vector magnetometry at Earth's field, with potential applications in geomagnetic surveys, anomaly detection, and navigation.
- Abstract（参考訳）: ダイヤモンド中の窒素空洞中心の光検出磁気共鳴(ODMR)に基づくベクトル磁気センサは、ナビゲーションや地磁気などへの応用のために開発されている。
しかし、地球(~50 {\mu}T)のような低磁場では、ダイヤモンド磁気センサはスペクトルの混雑に悩まされ、ODMRピークは容易には解決できない。
ここでは、等方的3次元磁束集中器を用いて、方向を変えることなく地球の磁場を増幅する可能性について実験的に検討する。
濃縮器は6つのフェライトコーンで構成され、顔中心の立方体配置で、ダイヤモンドを中心に構成されている。
我々は、50 {\mu}Tの印加磁場の方向と記録の方向を変え、その結果のODMRスペクトルに適合する。
基準磁束磁力計と比較することにより,ダイヤモンド磁力計の角度応答を特徴づけ,磁場の大きさと角度の絶対誤差を定量化する。
エンハンスメント係数はほぼ等方性であり、平均19.05、標準偏差0.16である。
ODMR線の勾配拡大は十分に小さく、ほぼすべての磁場方向においてスペクトルが十分に分解され、スペクトルの混雑が緩和される。
4{\pi} 固体角の ~98% に対して、磁場推定の不確実性に対するCram\'er-Rao の下限は、完全に解決された場合の 2 倍の範囲にあり、最小のデッドゾーンを示す。
我々は、磁気センサの安定性を6時間にわたって追跡し、温度のドリフトによって制限された1時間あたり40 nT未満の変動を観測する。
本研究は, 地磁気探査, 異常検出, ナビゲーションに応用可能な, 地球磁場におけるダイヤモンドベクトル磁気学の新しい経路を提案する。
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