論文の概要: Real-Time Magnetic Field Sensing based on Microwave Frequency Modulated Photocurrent of Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.07926v1
- Date: Sun, 08 Feb 2026 11:50:05 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-02-10 20:26:24.874527
- Title: Real-Time Magnetic Field Sensing based on Microwave Frequency Modulated Photocurrent of Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond
- Title（参考訳）: マイクロ波変調光電流を用いたダイヤモンド中の窒素空孔中心のリアルタイム磁界センシング
- Authors: Xuan-Ming Shen, Qilong Wu, Huihui Yu, Pei-Nan Ni, Qing Lou, Chao-Nan Lin, Xun Yang, Chong-Xin Shan, Yuan Zhang,
- Abstract要約: 磁気共鳴(PDMR)の光電検出は、窒素空孔(NV)中心型量子センサの小型化に応用できる。
ダイヤモンド試料を電極とマイクロ波アンテナで表面上に作製し,様々なロックイン増幅モードを用いてナノアンペア領域の光電流を検出することによりPDMRを実現する。
直流10Hz帯の397 nT/Hzと921 nT/Hzの感度をレーザー強度とマイクロ波周波数モードでそれぞれ測定し、標準の交互磁界のリアルタイム追跡を初めて実証する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 11.034464844671069
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: While photoelectric detection of magnetic resonance (PDMR) can be applied to miniaturize nitrogen-vacancy (NV) center-based quantum sensors, the real demonstration of PDMR-based magnetic field sensing remains as a distinctive challenge. To tackle this challenge, in this article, we fabricate diamond samples with electrodes and microwave antenna on the surface, and realize PDMR by detecting photocurrent in nanoampere range via various lock-in amplifying modes. Importantly, we obtain a theoretical and experimental sensitivity 397 nT/Hz and 921 nT/Hz of magnetic field detection in DC-10 Hz range with a laser intensity and microwave frequency modulated mode, respectively, and demonstrate for the first time, a real-time tracking of alternating magnetic field with a standard deviation of 1.5 uT. Furthermore, we investigate systematically the dependence of the PDMR contrast, linewidth and the sensitivity on the laser and microwave power, and find a perfect agreement with a master equation based theoretical model, which accounts for not only the optically induced charge switch of neutral and negative NV centers, but also the interaction with microwave field.
- Abstract（参考訳）: 光電磁気共鳴(PDMR)検出は、窒素空孔(NV)中心型量子センサの小型化に応用できるが、PDMRに基づく磁場センシングの実演は、依然として顕著な課題である。
この課題に対処するため、本論文では、ダイヤモンド試料を電極とマイクロ波アンテナで表面上に作製し、様々なロックイン増幅モードを介してナノアンペア領域の光電流を検出してPDMRを実現する。
重要なこととして,直流-10Hz帯の397nT/Hzと921nT/Hzの磁場検出感度をそれぞれレーザー強度とマイクロ波周波数変調モードで測定し,1.5uTの標準偏差による交互磁場のリアルタイム追跡を初めて実証した。
さらに、PDMRコントラスト、直線幅、感度のレーザおよびマイクロ波パワー依存性を系統的に検討し、中性および負のNV中心の光誘起電荷スイッチだけでなく、マイクロ波場との相互作用も考慮したマスター方程式に基づく理論モデルと完全な一致を見出した。
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