論文の概要: Magnetometry with Broadband Microwave Fields in Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.11720v1
- Date: Mon, 29 Sep 2025 18:18:00 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-10-26 16:57:26.422473
- Title: Magnetometry with Broadband Microwave Fields in Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond
- Title（参考訳）: ダイヤモンド中の窒素空孔中心における広帯域マイクロ波場の磁気計測
- Authors: Arezoo Afshar, Andrew Proppe, Noah Lupu-Gladstein, Lilian Childress, Aaron Z. Goldberg, Khabat Heshami,
- Abstract要約: ダイヤモンド中の窒素空孔(NV)中心は光学的に対応可能で、多用途の光物質界面である。
広帯域マイクロ波場を用いた全磁気感度状態の同時探索手法を提案する。
- 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: Nitrogen vacancy (NV) centers in diamond are optically addressable and versatile light-matter interfaces with practical application in magnetic field sensing, offering the ability to operate at room temperature and reach sensitivities below pT/$\sqrt{\mathrm{Hz}}.$ We propose an approach to simultaneously probe all of the magnetically sensitive states using a broadband microwave field and demonstrate that it can be used to measure the external DC magnetic field strength with sensitivities below 1~nT/$\sqrt{\mathrm{Hz}}.$ We develop tools for analyzing the temporal signatures in the transmitted broadband microwaves to estimate the magnetic field, comparing maximum likelihood estimation based on minimizing the Kullback-Leibler divergence to various neural network models, and both methods independently reach practical sensitivities. These results are achieved without optimizing parameters such as the bandwidth, power, and shape of the probing microwave field such that, with further improvements, sensitivities down to $\mathrm{pT/\sqrt{Hz}}$ can be envisioned. Our results motivate novel implementations of NV-based magnetic sensors with the potential for vectorial magnetic field detection at 1-10 kHz update rates and improved sensitivities without requiring a bias magnetic field.
- Abstract（参考訳）: ダイヤモンド中の窒素空孔(NV)中心は光学的にアドレス化可能で汎用的な光マターインタフェースであり、磁場センシングに実用化されており、室温で動作し、pT/$\sqrt{\mathrm{Hz}}以下の感度に達することができる。
ブロードバンドマイクロ波場を用いた全磁気感度状態の同時探索手法を提案するとともに,1〜nT/$\sqrt{\mathrm{Hz}}以下の感度で外部直流磁場強度を測定することができることを示す。
伝送帯マイクロ波の時間的シグネチャを解析して磁場を推定し、Kullback-Leiblerの発散を最小限にした最大推定値をニューラルネットワークモデルと比較し、どちらの手法も実用的な感度に独立して到達する。
これらの結果は、帯域幅、パワー、形状などのパラメータを最適化することなく達成され、さらなる改善により、$\mathrm{pT/\sqrt{Hz}}$まで感度を下げることができる。
本研究は,ベクトル磁場検出を1-10kHzの更新速度で実現し,バイアス磁場を必要とせずに感度を向上したNV型磁気センサの新たな実装を動機づけるものである。
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