論文の概要: Vector magnetometry using cavity-enhanced microwave readout in nitrogen-vacancy diamond
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.11561v1
- Date: Fri, 14 Nov 2025 18:54:05 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-11-17 22:42:18.764526
- Title: Vector magnetometry using cavity-enhanced microwave readout in nitrogen-vacancy diamond
- Title（参考訳）: 窒素空洞ダイヤモンドにおける空洞型マイクロ波リードアウトを用いたベクトル磁気計測
- Authors: Reginald Wilcox, David Phillips, Matthew Steinecker, Erik Eisenach, Corey Hawkins, Linh Pham, Jennifer Schloss, Dirk Englund, Danielle Braje,
- Abstract要約: 電子レンジ(MW)キャビティに結合した単結晶ダイヤモンド中の窒素空孔(NV)中心のアンサンブルを用いた4ドルのステラディアンベクトル磁場センシング。
MWキャビティはスピン光子カップリングを強化し、MW尋問による高速かつ高コントラストなスピン状態読み出しを可能にする。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.13844776505474532
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: We demonstrate $4π$-steradian vector magnetic field sensing using an ensemble of nitrogen-vacancy (NV) centers in a single-crystal diamond coupled to a microwave (MW) cavity. The MW cavity enhances the spin-photon coupling which enables efficient, high-contrast spin-state readout via MW interrogation and removes the need for bulky optical collection components. An applied AC bias magnetic field lifts the zero-field degeneracy of the four crystallographic NV orientations, allowing each orientation to be individually addressed and used for vector reconstruction of the magnetic field. The resulting magnetometer has a 40\% contrast (20x higher than typical for optical spin-ensemble readout) and achieves a single-axis sensitivity of 250 pT/$\sqrt{\mathrm{Hz}}$ which is flat from DC to 1 kHz. Noise models of the composite spin-cavity system establish MW amplitude noise as the dominant noise source and predict a thermal noise limit of 2 pT/$\sqrt{\mathrm{Hz}}$.
- Abstract（参考訳）: マイクロ波(MW)空洞に結合した単結晶ダイヤモンド中における窒素空孔(NV)中心のアンサンブルを用いた4π$-steradianベクトル磁場センサの実証を行った。
MWキャビティは、高速かつ高コントラストなスピン状態読み出しを可能にするため、スピン光子カップリングを強化し、大きめの光学コレクションコンポーネントの必要性を除去する。
印加された交流バイアス磁場は、4つの結晶性NV配向のゼロフィールド縮退性を持ち上げ、それぞれの配向を個別に対応させ、磁場のベクトル再構成に使用できる。
得られた磁力計は40\%のコントラスト(光スピンアンサンブルのリードアウトの20倍)を持ち、直流から1kHzに平坦な250pT/$\sqrt{\mathrm{Hz}}$の単軸感度を実現する。
複合スピンキャビティシステムのノイズモデルは、MW振幅ノイズを支配的なノイズ源とし、2 pT/$\sqrt{\mathrm{Hz}}$の熱雑音限界を予測する。
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