論文の概要: Landau Zener Interaction Enhanced Quantum Sensing in Spin Defects of Hexagonal Boron Nitride

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2601.05013v1
• Date: Thu, 08 Jan 2026 15:15:35 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-01-09 17:01:53.248043
• Title: Landau Zener Interaction Enhanced Quantum Sensing in Spin Defects of Hexagonal Boron Nitride
• Title（参考訳）: 六方晶窒化ホウ素のスピン欠陥におけるLandau Zener相互作用による量子センシング
• Authors: Mohammad Abdullah Sadi, Tiamike Dudley, Luca Basso, Thomas Poirier, James H. Edgar, Jacob Henshaw, Peter A. Bermel, Yong P. Chen, Andrew Mounce,
• Abstract要約: 六方晶窒化ホウ素(hBN)における負電荷ボロン空孔(V$_textB-$) 量子力学シミュレーションにより、効果的な2状態ランダウ・ツェナーモデルが、緩和を組み込んだ集団反転とパルス長の複雑な関係を捉えていることが明らかとなった。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Negatively charged boron vacancies (V$_{\text{B}}^{-}$) in hexagonal boron nitride (hBN) comprise a promising quantum sensing platform, optically addressable at room temperature and transferrable onto samples. However, broad hyperfine-split spin transitions of the ensemble pose challenges for quantum sensing with conventional resonant excitation due to limited spectral coverage. While isotopically enriched hBN using $^{10}$B and $^{15}$N isotopes (h$^{10}$B$^{15}$N) exhibits sharper spectral features, significant inhomogeneous broadening persists. We demonstrate that, implemented via frequency modulation on an FPGA, a frequency-ramped microwave pulse achieves around 4-fold greater $|0\rangle\rightarrow|-1\rangle$ spin-state population transfer and thus contrast than resonant microwave excitation and thus 16-fold shorter measurement time for spin relaxation based quantum sensing. Quantum dynamics simulations reveal that an effective two-state Landau-Zener model captures the complex relationship between population inversion and pulse length with relaxations incorporated. Our approach is robust and valuable for quantum relaxometry with spin defects in hBN in noisy environments.
• Abstract（参考訳）: 六方晶窒化ホウ素(hBN)の負の荷電ホウ素空孔(V$_{\text{B}}^{-}$)は、室温で光学的に対応し、試料に転移可能な有望な量子センシングプラットフォームを構成する。 しかし、アンサンブルの広い超微細スピン遷移は、スペクトル範囲が限られているため、従来の共鳴励起による量子センシングに困難をもたらす。 イソトピー的に$^{10}$Bと$^{15}$N同位体(h$^{10}$B$^{15}$N)を用いたhBNは、よりシャープなスペクトル特性を示すが、顕著な不均一な拡張は持続する。 FPGA上の周波数変調により実装された周波数ランプマイクロ波パルスは、スピン状態の人口移動を約4倍にし、共鳴マイクロ波励起よりもコントラストを低くし、スピン緩和に基づく量子センシングの16倍の短い測定時間を実現できることを示す。 量子力学シミュレーションにより、効果的な2状態ランダウ・ツェナーモデルが、緩和を組み込んだ集団反転とパルス長の複雑な関係を捉えていることが明らかとなった。 我々のアプローチは、ノイズの多い環境下でのhBNにおけるスピン欠陥を伴う量子緩和法にとって堅牢で有益である。

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