論文の概要: Impact of irradiation conditions on the magnetic field sensitivity of spin defects in hBN nano flakes

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.13991v1
• Date: Wed, 15 Oct 2025 18:14:55 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-17 21:15:14.573401
• Title: Impact of irradiation conditions on the magnetic field sensitivity of spin defects in hBN nano flakes
• Title（参考訳）: hBNナノフレークのスピン欠陥の磁場感度に及ぼす照射条件の影響
• Authors: Saksham Mahajan, Ravi Kumar, Aferdita Xhameni, Gautham Venu, Basanta Mistri, Felix Donaldson, T. Taniguchi, K. Watanabe, Siddharth Dhomkar, Antonio Lombardo, John J. L. Morton,
• Abstract要約: ヘリウム集束イオンビーム(FIB)による薄膜hBNナノフレーク中のV_mathrmB-$中心の研究を行った。 最適注入量では、$sim 1,mumathrmT/sqrtmathrmHz$の交流磁気感度が達成される。 この研究は、hBN における $V_mathrmB-$ 中心の性質を最適化するために、いかに慎重に製造パラメータを選択するかを示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.769364882770568
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: We study $V_{\mathrm{B}}^-$ centres generated by helium focused ion beam (FIB) irradiation in thin ($\sim$70 nm) hBN nanoflakes, in order to investigate the effect of implantation conditions on the key parameters that influence the magnetic field sensitivity of $V_{\mathrm{B}}^-$ quantum sensors. Using a combination of photoluminescence, optically detected magnetic resonance, and Raman spectroscopy, we examine the competing factors of maximising signal intensity through larger $V_{\mathrm{B}}^-$ concentration against the degradation in spin coherence and lattice quality observed at high ion fluences. Our results indicate that both the $V_{\mathrm{B}}^-$ spin properties and hBN lattice parameters are largely preserved up to an ion fluence of $10^{14}$ ions/cm$^2$, and beyond this significant degradation occurs in both. At the optimal implantation dose, an AC magnetic sensitivity of $\sim 1\,\mu\mathrm{T}/\sqrt{\mathrm{Hz}}$ is achieved. Using the patterned implantation enabled by the FIB, we find that $V_{\mathrm{B}}^-$ centres and the associated lattice damage are well localised to the implanted regions. This work demonstrates how careful selection of fabrication parameters can be used to optimise the properties of $V_{\mathrm{B}}^-$ centres in hBN, supporting their application as quantum sensors based on 2D materials.
• Abstract（参考訳）: V_{\mathrm{B}}^-$中心をヘリウム集束イオンビーム(FIB)を薄膜(70 nm)hBNナノフレークに照射し,V_{\mathrm{B}}^-$量子センサの磁場感度に影響を与える重要なパラメータに対する埋込み条件の影響を調べた。 光ルミネッセンス、光検出磁気共鳴、ラマン分光法の組み合わせを用いて、高イオンフルエンスで観測されたスピンコヒーレンス劣化と格子品質に対するV_{\mathrm{B}}^-$濃度による信号強度の最大化の競合因子について検討した。 我々の結果は、V_{\mathrm{B}}^-$スピン特性とhBN格子パラメータは、イオンフルエンスが10^{14}$ ion/cm$^2$まで大きく保存され、この大きな劣化はどちらも起こることを示唆している。 最適注入線量では、$\sim 1\,\mu\mathrm{T}/\sqrt{\mathrm{Hz}}$の交流磁気感度が達成される。 FIBにより実現されたパターン埋め込みを用いて,$V_{\mathrm{B}}^-$ centersと関連する格子損傷が埋込み領域によく局在していることが判明した。 この研究は、2D材料に基づく量子センサとしての利用をサポートするため、hBN における $V_{\mathrm{B}}^-$ 中心の性質を最適化するために、いかに慎重に製造パラメータを選択できるかを示す。

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