論文の概要: Temporal filtered quantum sensing with the nitrogen-vacancy center in diamond
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.02369v1
- Date: Tue, 04 Nov 2025 08:45:09 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-11-05 18:47:05.856926
- Title: Temporal filtered quantum sensing with the nitrogen-vacancy center in diamond
- Title（参考訳）: ダイヤモンド中の窒素空孔中心を用いた時間フィルタリング量子センシング
- Authors: Florian Boehm, Yan Liu, Chengliang Yue, Xianqi Dong, Huaxue Zhou, Dong Wu, E Wu, Renfu Yang,
- Abstract要約: ダイヤモンド中の窒素空孔センターは、磁場センシング、温度測定、バイオイメージングなどの応用に例外的な空間分解能と感度を提供する。
IVDのような高バックグラウンド環境では、NVベースのセンサーの性能は強い背景蛍光によって損なわれる可能性がある。
本研究では,パルスレーザー励起と時間ゲーティング技術を組み合わせた背景蛍光の抑制について検討する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 7.88164289423077
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Nitrogen vacancy centers in diamond are among the leading solid state quantum platforms, offering exceptional spatial resolution and sensitivity for applications such as magnetic field sensing, thermometry, and bioimaging. However, in high background environments,such as those encountered in in vitro diagnostics, the performance of NV based sensors can be compromised by strong background fluorescence, particularly from substrates such as nitrocellulose. In this work, we analytically and experimentally investigate the use of pulsed laser excitation combined with time gating techniques to suppress background fluorescence and enhance the signal to noise ratio in NV based quantum sensing, with an emphasis on spin enhanced biosensing. Through experimental studies using mixed ensembles of silicon vacancy and NV centers in bulk diamond, as well as fluorescent nanodiamonds on NC substrates, we demonstrate significant improvements in NV spin resonance visibility, demonstrated by an increase of the SNR by up to 4x, and a resulting measurement time reduction by 16x. The presented technique and results here can help significantly increase the readout efficiency and speed in future applications of NV centers in high background environments, such as in IVD, where the NV centers are used as a fluorescent label for biomolecules.
- Abstract（参考訳）: ダイヤモンド中の窒素空孔は、磁気センシング、温度測定、バイオイメージングなどの応用に例外的な空間分解能と感度を提供する、主要な固体量子プラットフォームの一つである。
しかし、in vitro診断などの高背景環境においては、NVベースのセンサーの性能は強い背景蛍光、特にニトロセルロースのような基質によって損なわれることがある。
本研究では, パルスレーザー励起と時間ゲーティングの併用による背景蛍光の抑制と, スピン強化バイオセンシングに重点を置いたNV型量子センシングにおけるノイズ比の信号強化について, 解析および実験的に検討した。
バルクダイヤモンド中のシリコン空孔とNV中心の混合アンサンブルとNC基板上の蛍光ナノダイアモンドを用いた実験により,NVスピン共鳴の可視性が大きく向上し,SNRが最大4倍に増加し,測定時間を16倍に短縮した。
本技術は, バイオ分子の蛍光標識としてNV中心を用いるIVDなどの高背景環境におけるNV中心の読み出し効率と速度の向上に有効である。
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