論文の概要: Triple-Tone Microwave Control for Sensitivity Optimization in Compact Ensemble Nitrogen-Vacancy Magnetometers

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.00913v1
• Date: Wed, 01 Oct 2025 13:54:48 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-03 21:54:12.8048
• Title: Triple-Tone Microwave Control for Sensitivity Optimization in Compact Ensemble Nitrogen-Vacancy Magnetometers
• Title（参考訳）: 小型窒素原子価磁力計の感度最適化のためのトリプルトーンマイクロ波制御
• Authors: Ankita Chakravarty, Romain Ruhlmann, Vincent Halde, David Roy-Guay, Michel Pioro-Ladrière, Lilian Childress, Yves Bérubé-Lauzière,
• Abstract要約: トリプルトーン励起は、2つの直流磁気メトリープロトコルの標準シングルトーン制御よりも有利である。 パルス光検出磁気共鳴では、三重音駆動は低劣化状態において最大3倍の感度を向上する。 ラムゼー干渉計では、三重音励起はMW電力が制限された場合にのみ感度を向上させる。
• 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: Ensembles of nitrogen-vacancy (NV) centers in diamond are a well-established platform for quantum magnetometry under ambient conditions. One challenge arises from the hyperfine structure of the NV, which, for the common $^{14}$N isotope, results in a threefold reduction of contrast and thus sensitivity. By addressing each of the NV hyperfine transitions individually, triple-tone microwave (MW) control can mitigate this sensitivity loss. Here, we experimentally and theoretically investigate the regimes in which triple-tone excitation offers an advantage over standard single-tone MW control for two DC magnetometry protocols: pulsed optically detected magnetic resonance (ODMR) and Ramsey interferometry. We validate a master equation model of the NV dynamics against ensemble NV measurements, and use the model to explore triple-tone vs single-tone sensitivity for different MW powers and NV dephasing rates. For pulsed ODMR, triple-tone driving improves sensitivity by up to a factor of three in the low-dephasing regime, with diminishing gains when dephasing rates approach the hyperfine splitting. In contrast, for Ramsey interferometry, triple-tone excitation only improves sensitivity if MW power is limited. Our results delineate the operating regimes where triple-tone control provides a practical strategy for enhancing NV ensemble magnetometry in portable and power-limited sensors.
• Abstract（参考訳）: ダイヤモンド中の窒素空孔(NV)中心のアンサンブルは、周囲の条件下での量子磁気学のための確立された基盤である。 NVの超微細構造は、一般的な$^{14}$N同位体の場合、コントラストが3倍減少し、感度が低下する。 NV超微細遷移のそれぞれに個別に対処することで、トリプルトーンマイクロ波(MW)制御がこの感度損失を軽減することができる。 本稿では, パルス光検出磁気共鳴 (ODMR) とラムゼー干渉計 (Ramsey Interferometry) の2つの直流磁気学プロトコルにおいて, トリプルトーン励起が標準シングルトーンMW制御よりも有利となる機構を実験的に理論的に検討する。 我々は,NV力学のマスター方程式モデルをアンサンブルNV測定に対して検証し,そのモデルを用いて,MWパワーとNV劣化率の異なる三重音と単音の感度を探索する。 パルスODMRでは、三重音駆動は低減圧状態において最大3倍の感度を向上し、減圧速度が超微細分裂に近づくと利得が低下する。 対照的にラムゼー干渉計では、三重音励起はMWパワーが制限された場合にのみ感度を向上させる。 その結果,携帯型・電力限定型センサにおけるNVアンサンブル磁力計の実用戦略として,トリプルトーン制御が有効であるオペレーショナルレシスタンスを明確化した。

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