論文の概要: Exploiting ionization dynamics in the nitrogen vacancy center for rapid, high-contrast spin and charge state initialization

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.13480v1
• Date: Wed, 13 May 2026 13:05:57 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-05-14 23:30:28.059159
• Title: Exploiting ionization dynamics in the nitrogen vacancy center for rapid, high-contrast spin and charge state initialization
• Title（参考訳）: 高速・高コントラストスピンおよび電荷状態初期化のための窒素空孔中心における爆発イオン化ダイナミクス
• Authors: Daniel Wirtitsch, Georg Wachter, Sarah Reisenbauer, Michal Gulka, Viktor Ivády, Fedor Jelezko, Adam Gali, Milos Nesladek, Michael Trupke,
• Abstract要約: ダイヤモンド中の窒素空孔(NV)中心におけるスピン測定の感度を高める方法を提案する。 ここでは、これらは、NV中心のスピンコントラスト、高感度磁力計、高忠実度状態の読み出しにおける鍵量を大幅に向上するために使用できることを示す。 本研究は,NV中心の電荷とスピン偏極のダイナミクスを詳細に把握し,固体スピン中心の直接光学的,スピン間電荷,電気的読み出しに有効な知見を提供する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: We propose and experimentally demonstrate a method to strongly increase the sensitivity of spin measurements on nitrogen-vacancy (NV) centers in diamond, which can be readily implemented in existing quantum sensing experiments. While charge state transitions of this defect are generally considered a parasitic effect to be avoided, we show here that these can be used to significantly increase the NV center's spin contrast, a key quantity for high sensitivity magnetometry and high fidelity state readout. The protocol consists of a two-step procedure, in which the charge state of the defect is first purified by a strong laser pulse, followed by weak illumination to obtain high spin polarization. We observe a relative improvement of the readout contrast by 17 %, and infer a reduction of the initialization error of more than 50 %. The contrast enhancement is accompanied by a beneficial increase of the readout signal. For long sequence durations, typically encountered in high-resolution magnetometry, a measurement speedup by a factor of >1.5 is extracted, and we find that the technique is beneficial for sequences of any duration. Additionally, our findings give detailed insight into the charge and spin polarization dynamics of the NV center, and provide actionable insights for direct optical, spin-to-charge, and electrical readout of solid-state spin centres.
• Abstract（参考訳）: 本研究では,既存の量子センシング実験で容易に実装可能なダイヤモンド中の窒素空孔(NV)中心におけるスピン測定の感度を高める方法を提案する。 この欠陥の電荷状態遷移は、一般的には寄生的効果であると考えられるが、これらは、NV中心のスピンコントラスト、高感度磁気計測のための重要な量、高忠実度状態の読み出しを著しく向上するために使用できる。 このプロトコルは、欠陥の電荷状態を強いレーザーパルスで最初に浄化し、続いて弱い照明で高スピン偏光を得る2段階の手順で構成されている。 読み出しコントラストの相対的な改善は17%であり,初期化誤差の50%以上を推定する。 コントラスト強調には、読み出し信号の有効増加が伴う。 主に高分解能磁気メトリーで発生する長周期時間について, 1.5 の係数による測定速度を抽出し, この手法が任意の期間のシーケンスに有用であることが確認された。 さらに,NV中心の電荷とスピン偏極のダイナミクスについて詳細な知見を与え,固体スピン中心の直接光学的,スピン間電荷,電気的読み出しに対する実用的な知見を提供する。

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