論文の概要: Local nanoscale probing of electron spins using NV centers in diamond

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2507.13295v2
• Date: Mon, 28 Jul 2025 10:21:13 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-07-29 14:15:46.977861
• Title: Local nanoscale probing of electron spins using NV centers in diamond
• Title（参考訳）: ダイヤモンド中のNV中心を用いた電子スピンの局所ナノスケールプローブ
• Authors: Sergei Trofimov, Christos Thessalonikios, Victor Deinhart, Alexander Spyrantis, Lucas Tsunaki, Kseniia Volkova, Katja Höflich, Boris Naydenov,
• Abstract要約: 窒素空孔(NV)センターはナノスケール量子センサーとして広く利用されている。 低濃度の窒素を含むダイヤモンド結晶にナノスケールのNV中心アンサンブルを作製した。 電子電子共鳴法を用いて, 窒素濃度を230ppb (原子部品1億) で測定した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 34.82692226532414
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Substitutional nitrogen atoms in a diamond crystal (P1 centers) are, on one hand, a resource for creation of nitrogen-vacancy (NV) centers, that have been widely employed as nanoscale quantum sensors. On the other hand, P1's electron spin is a source of paramagnetic noise that degrades the NV's performance by shortening its coherence time. Accurate quantification of nitrogen concentration is therefore essential for optimizing diamond-based quantum devices. However, bulk characterization methods based on optical absorption or electron paramagnetic resonance often overlook local variations in nitrogen content. In this work, we use a helium ion microscope to fabricate nanoscale NV center ensembles at predefined sites in a diamond crystal containing low concentrations of nitrogen. We then utilize these NV-based probes to measure the local nitrogen concentration on the level of 230 ppb (atomic parts per billion) using the double electron-electron resonance (DEER) technique. Moreover, by comparing the DEER spectra with numerical simulations, we managed to determine the concentration of other unknown paramagnetic defects created during the ion implantation, reaching 15 ppb depending on the implantation dose.
• Abstract（参考訳）: ダイヤモンド結晶(P1中心)の置換窒素原子は、窒素空孔(NV)中心を作るための資源であり、ナノスケールの量子センサーとして広く利用されている。 一方、P1の電子スピンは非磁性ノイズの源であり、コヒーレンス時間を短くすることでNVの性能を低下させる。 したがって、ダイヤモンドベースの量子デバイスを最適化するためには、窒素濃度の正確な定量化が不可欠である。 しかし、光学吸収や電子常磁性共鳴に基づくバルクキャラクタリゼーション法は、しばしば窒素含有量の局所的な変化を見落としている。 本研究では, ヘリウムイオン顕微鏡を用いて, 低濃度の窒素を含むダイヤモンド結晶中のナノスケールNV中心アンサンブルを作製する。 次に、これらのNVプローブを用いて、二重電子共鳴(DEER)技術を用いて、230 ppb (atomic part per billion) の濃度の局所窒素濃度を測定する。 さらに, DEERスペクトルと数値シミュレーションを比較して, イオン注入時に生じる他の未知の常磁性欠陥の濃度を推定し, 注入量に応じて15ppbに達した。

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