論文の概要: Nanophotonic magnetometry in a spin-dense diamond cavity
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2511.19831v1
- Date: Tue, 25 Nov 2025 01:46:17 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-11-26 17:37:04.226954
- Title: Nanophotonic magnetometry in a spin-dense diamond cavity
- Title（参考訳）: スピン密度ダイヤモンド空洞におけるナノフォトニック磁気計測
- Authors: Nicholas J. Sorensen, Elham Zohari, Joshua S. Wildeman, Sigurd Flågan, Vinaya K. Kavatamane, Paul E. Barclay,
- Abstract要約: ダイヤモンド中の窒素空孔中心に基づく量子センサーは、ナノメートルスケールの高感度磁気計測のための主要なプラットフォームである。
そこで我々は,ダイヤモンドチップからモノリシックなシャスパーリングガリーモードキャビティを作製することで,このトレードオフを克服する統合プラットフォームを実現する。
ナノファブリック化キャビティベースの磁力計ではこれまで報告された中で最高の感度である58,textnT/sqrttextHzの直流感度を実現する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Quantum sensors based on the nitrogen-vacancy (NV) center in diamond are leading platforms for high-sensitivity magnetometry with nanometer-scale resolution. State-of-the-art implementations, however, typically rely on bulky free-space optics or sacrifice spatial resolution to achieve high sensitivities. Here, we realize an integrated platform that overcomes this trade-off by fabricating monolithic whispering-gallery-mode cavities from a diamond chip containing a high density of NV centers and by evanescently coupling excitation to and photoluminescence from the cavity using a tapered optical fiber. Employing a lock-in-amplified Ramsey magnetometry scheme, we achieve a photon-shot-noise-limited DC sensitivity of $58\,\text{nT}/\sqrt{\text{Hz}}$ -- the best sensitivity reported to date for a nanofabricated cavity-based magnetometer. The microscopic cavity size enables sub-micrometer-scale spatial resolution and low-power operation, while fiber-coupling provides a path to scalable on-chip integration. Arrays of such sensors could enable NV-NMR spectroscopy of sub-nanoliter samples, new magnetic-gradient imaging architectures, and compact biosensing platforms.
- Abstract（参考訳）: ダイヤモンド中の窒素空孔(NV)中心に基づく量子センサーは、ナノメートルスケールの高感度磁気計測のための主要なプラットフォームである。
しかし、最先端の実装は通常、高感度を達成するために、かさばる自由空間光学や空間分解能の犠牲に頼っている。
そこで我々は, 高密度のNV中心を含むダイヤモンドチップからモノリシックなシャスパーリング・ガリーモードキャビティを作製し, テーパリング光ファイバを用いてキャビティからの励起とフォトルミネッセンスをエバネッセント的に結合することにより, このトレードオフを克服する統合プラットフォームを実現する。
ロックイン増幅ラムゼイ磁力計を用いて, ナノファブリックキャビティベースの磁力計において, これまでに報告された最高の感度である5,8\,\text{nT}/\sqrt{\text{Hz}}$の光子ノイズ制限直流感度を実現する。
マイクロキャビティサイズは、サブミクロスケールの空間分解能と低消費電力動作を可能にし、ファイバカップリングはスケーラブルなオンチップ統合への道を提供する。
このようなセンサーの配列は、サブナノリットルサンプルのNV-NMR分光、新しい磁気勾配イメージングアーキテクチャ、コンパクトなバイオセンシングプラットフォームを可能にする。
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