論文の概要: Photonic-integrated quantum sensor array for microscale magnetic localisation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.11496v1
• Date: Fri, 14 Nov 2025 17:19:04 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-11-17 22:42:18.739317
• Title: Photonic-integrated quantum sensor array for microscale magnetic localisation
• Title（参考訳）: 微細磁化のためのフォトニック集積型量子センサアレイ
• Authors: Hao-Cheng Weng, John G. Rarity, Krishna C. Balram, Joe A. Smith,
• Abstract要約: 窒素空洞センター(NV)は、物質科学からバイオテクノロジーまで幅広い用途に固体ナノスケールセンサーを約束している。 シリコン-窒化ケイ素フォトニック集積回路にNVを組み込むことにより,配列内の8個の局所化NVセンサのスケーラブルな動作を実現する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Nitrogen-vacancy centres (NVs) are promising solid-state nanoscale quantum sensors for applications ranging from material science to biotechnology. Using multiple sensors simultaneously offers advantages for probing spatiotemporal correlations of fluctuating fields or the dynamics of point defects. In this work, by integrating NVs with foundry silicon-nitride photonic integrated circuits, we realise the scalable operation of eight localised NV sensors in an array, with simultaneous, distinct readout of the individual sensors. Using the eight NV sensors and machine-learning methods for multi-point magnetic field reconstruction, we demonstrate microscale magnetic localisation of a 30 $μ$m-sized needle tip. Experimentally, the needle tip can be localised with an error below its dimension and tracked dynamically with high fidelity. We further simulate the feasibility of our platform for monitoring the position and orientation of magnetic microrobots designed for biological and clinical purposes. Without the complexity of bulk optics, our photonic-integrated multi-sensor platform presents a step towards real-life biomedical applications under out-of-the-lab conditions.
• Abstract（参考訳）: 窒素空洞センター(NV)は、物質科学からバイオテクノロジーまで幅広い用途に固体ナノスケールの量子センサーを約束している。 複数のセンサを同時に使用すると、変動する磁場の時空間相関や点欠陥のダイナミクスを探索する利点がある。 本研究では,NVをファストリーシリコン-窒化物フォトニック集積回路に統合することにより,アレイ内の8つの局所的なNVセンサのスケーラブルな動作と,個々のセンサの同時読み出しを実現する。 8個のNVセンサと機械学習による多点磁場再構成法を用いて,30$μ$mサイズの針先端のマイクロスケール磁化を実証した。 実験的に、針先端は寸法以下の誤差で位置決めすることができ、高い忠実度で動的に追跡される。 生体および臨床目的のために設計された磁気マイクロロボットの位置と配向をモニタリングするためのプラットフォームの実現可能性をさらにシミュレートする。 バルク光学の複雑さがなければ、我々のフォトニック集積型マルチセンサープラットフォームは、アウトオブザラブ条件下での現実的なバイオメディカル応用に向けて一歩前進する。

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