論文の概要: Probing near-field EM fluctuations in superparamagnetic CoFeB with NV quantum dephasometry
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2602.13341v1
- Date: Thu, 12 Feb 2026 15:39:53 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-02-17 14:17:27.928222
- Title: Probing near-field EM fluctuations in superparamagnetic CoFeB with NV quantum dephasometry
- Title（参考訳）: NV量子デファソメトリーによる超常磁性CoFeBの近接場EM揺らぎの観測
- Authors: Shoaib Mahmud, Wei Zhang, Pronoy Das, Angshuman Deka, Wenbo Sun, Zubin Jacob,
- Abstract要約: ダイヤモンド基板上に堆積した1.1nmのナノスケールCoFeB層の超常磁性スピンダイナミクスを非侵襲的に研究した。
測定結果から、NV中心の劣化時間に対する非単調な非単調な温度依存性が明らかになった。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 9.420435571487387
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Superparamagnetism in nanoscale magnetic layers is a critical property for a wide range of spintronic-based sensor and computing applications. While conventional magnetization measurements can detect superparamagnetic signatures, they often require the application of high perturbative fields and are difficult to implement for magnetic layers integrated within functional devices. In this study, we non-invasively investigate the superparamagnetic spin dynamics of a nanoscale CoFeB layer of thickness 1.1 nm, deposited on a diamond substrate, by probing its low-frequency near-field electromagnetic (EM) fluctuations using nitrogen-vacancy (NV) centers-based quantum dephasometry. Our measurements reveal an unconventional, non-monotonic temperature dependence of the dephasing time of NV centers, which we attribute to EM fluctuations produced by thermally driven superparamagnetic domain flipping in CoFeB. Our findings are further supported by the theoretical interpretation of the dephasing dynamics of NV centers and the complementary SQUID-based magnetization characterizations of the CoFeB layer. Additionally, exploiting the technique of NV dephasometry, we extract the spectral density of the EM fluctuations in CoFeB, which is used to isolate different components of the EM fluctuations acting on NV centers. We also measure the CoFeB-to-NV distance-dependent coherence times of NV centers to investigate the effect of the dimensionality of the CoFeB layer on the generated near-field EM fluctuations. These results provide critical insight into the magnetization dynamics and near-field EM environment of nanoscale magnetic layers. It also has significant implications for the development of hybrid quantum spintronic devices and applications involving nanoscale opto-magnetic materials.
- Abstract（参考訳）: ナノスケールの磁性層における超常磁性は、幅広いスピントロニクスベースのセンサーと計算応用にとって重要な性質である。
従来の磁化測定は超常磁性シグネチャを検出できるが、高摂動磁場の適用を必要とすることが多く、機能デバイスに組み込まれた磁性層の実装は困難である。
本研究では,NV中心量子デファソメトリーを用いた低周波近接場電磁(EM)変動の観測により,ダイヤモンド基板上に堆積した1.1nmのナノスケールCoFeB層の超常磁性スピンダイナミクスを非侵襲的に研究した。
熱駆動型超磁区反転法(CoFeB)により生じるEM変動に起因して,NV中心の劣化時間の非単調な非単調な温度依存性を明らかにした。
さらに,NV中心の劣化力学の理論的解釈と,CoFeB層のSQUIDによる磁化特性の相補的解析により,この知見が裏付けられる。
さらに,NVデファソメトリの手法を用いて,NV中心に作用するEM揺らぎの異なる成分を分離するために,CoFeB中のEM揺らぎのスペクトル密度を抽出する。
また、NV中心のCoFeB-to-NV距離依存コヒーレンス時間を測定し、生成した近接場EM変動に対するCoFeB層の寸法性の影響を調べる。
これらの結果は、ナノスケール磁性層の磁化力学と近接場EM環境に関する重要な洞察を与える。
また、ハイブリッド量子スピントロニクスデバイスの開発やナノスケール光磁気材料への応用にも大きな影響を与える。
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