論文の概要: Long-exposure Camera Readout for Coherent Control of Nitrogen-Vacancy Center Spins in Diamond
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.11723v1
- Date: Mon, 15 Sep 2025 09:25:49 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-09-16 17:26:23.216094
- Title: Long-exposure Camera Readout for Coherent Control of Nitrogen-Vacancy Center Spins in Diamond
- Title（参考訳）: ダイヤモンド中の窒素空孔中心スピンのコヒーレント制御のための長時間露光カメラ読み取り
- Authors: Jiahui Chen, Qilong Wu, Huihui Yu, Yi-Dan Qu, Yuan Zhang, Xun Yang, Chong-Xin Shan,
- Abstract要約: ダイヤモンド中の窒素空孔中心スピンを持つカメラベース広磁場量子ノイズ分光法(QNS)は、DCおよび交流磁場ノイズをサブミクロメートル空間分解能で抽出することができる。
我々は,Rabi発振,Ramsey,Hahnエコー,緩和実験によるNV中心スピンの完全コヒーレント制御を実証した。
本システムでは, 弱いレーザー照射下での光スピン読み出し機構と, 上述の矛盾が欠如していることを説明する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 13.19899170809965
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Camera-based wide-field quantum noise spectroscopy (QNS) with nitrogen-vacancy (NV) center spins in diamond can be used to extract DC and AC magnetic field noise with sub-micrometer spatial resolution, but its realization is currently limited by the conflict between the optimal optical spin readout time (normally below one microsecond) and the minimal camera exposure time (normally tens of microsecond). In the present article, we demonstrate fully coherent control of NV center spins via Rabi oscillation, Ramsey, Hahn echo and relaxometry experiments, i.e. the core of QNS, with a home-built camera-based setup, and achieve an unexpectedly high contrast of 12% with an optical spin readout time of 500 microseconds. We explain the absence of the above conflict in our system with the optical spin readout mechanism under weak laser illumination, where spin-lattice relaxation and weak optical pumping result in a rather slow reduction of contrast with increasing integration time. The revealed mechanism is instructive for the construction of the wide-field QNS with a sCMOS or EMCCD camera, and its application in the studies of magnetic material or superconducting material.
- Abstract（参考訳）: ダイヤモンド中の窒素空孔(NV)中心スピンを持つカメラベースワイドフィールド量子ノイズ分光法(QNS)は、DCおよびAC磁場ノイズをサブマイクロメートル空間分解能で抽出するために用いられるが、その実現は現在、最適な光スピン読み出し時間(通常、1マイクロ秒未満)と最小のカメラ露光時間(通常、数十マイクロ秒)との衝突によって制限されている。
本稿では,Rabi発振,Ramsey,Hahnエコー,緩和計測によるNV中心スピンの完全コヒーレント制御,すなわちQNSのコアを自家製カメラベースで実験し,500マイクロ秒の光スピン読み出し時間で12%のコントラストを実現した。
我々は, スピン格子緩和と弱い光ポンピングが, 積分時間の増加に伴うコントラストの低下をもたらすような, 弱いレーザー照明下での光スピン読み出し機構との矛盾について説明する。
明らかにされたメカニズムは、sCMOSまたはEMCCDカメラを用いた広視野QNSの構築のためのものであり、磁気材料や超伝導材料の研究に応用されている。
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