論文の概要: Power sensitivity of broadband radiofrequency detectors based on quantum diamond spins

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2605.14244v1
• Date: Thu, 14 May 2026 01:22:00 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-05-15 21:45:34.564915
• Title: Power sensitivity of broadband radiofrequency detectors based on quantum diamond spins
• Title（参考訳）: 量子ダイヤモンドスピンを用いたブロードバンド電波検出器の電力感度
• Authors: Nicholas Gillespie, Christopher T. -K. Lew, Ryan Kinsella, Andy Sayers, Brant Gibson, David A. Broadway, Jean-Philippe Tetienne,
• Abstract要約: ダイヤモンド中の窒素空孔(NV)中心は、RF磁場とNVスピンのカップリングを通じて高周波(RF)信号を検出するために用いられる。 我々は理論上,NV系RF検出器のパワー感度をRFスピン界面形状の関数として解析する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Nitrogen-vacancy (NV) centres in diamond can be used to detect radiofrequency (RF) signals through coupling of the RF magnetic field with the NV spins, combined with optical readout of the spin state. The sensitivity of such RF detectors has so far been mainly studied in terms of magnetic field sensitivity, which is relevant when the RF signal is generated by a near-field source. However, for applications where the RF input is delivered externally, a more relevant quantity is the sensitivity in terms of the input RF power. Here we theoretically analyse the power sensitivity of NV-based RF detectors as a function of the RF-spin interface geometry. We derive scaling laws of the power sensitivity for both slope-detection and variance-detection RF sensing protocols, and for various noise regimes. We find that, in most scenarios, the power sensitivity scales inversely with the characteristic physical dimension of the RF-spin interface, for instance the width of a coplanar waveguide or the diameter of a loop antenna. In other words, the smaller the structure and the probed NV volume, the better the power sensitivity, which is contrary to the case of magnetic field sensitivity. Lastly, we numerically estimate that photon shot noise limited sensitivities of 10^{-20} W Hz^{-1} (slope) and 10^{-12} W Hz^{-1/2} (variance) are achievable. This work lays the groundwork for further optimisation of NV-based RF detectors.
• Abstract（参考訳）: ダイヤモンド中の窒素空孔(NV)中心は、RF磁場とNVスピンのカップリングを通じて高周波(RF)信号を検知し、スピン状態の光学的読み出しと組み合わせることができる。 このようなRF検出器の感度は、磁場の感度の観点から主に研究されており、これはRF信号が近接場源によって生成される場合に関係している。 しかし、RF入力が外部に配信されるアプリケーションでは、入力されたRF電力の感度がより関連性が高い。 ここでは,NV系RF検出器のパワー感度をRFスピン界面形状の関数として理論的に解析する。 傾き検出とばらつき検出の両方のRF検出プロトコルと各種ノイズシステムに対するパワー感度のスケーリング法則を導出する。 多くのシナリオにおいて、電力感度は、例えばコプラナー導波路の幅やループアンテナの直径など、RF-スピン界面の特徴的物理的次元と逆向きにスケールする。 言い換えれば、構造とプローブされたNV体積が小さいほど、磁場感度に反するパワー感度が向上する。 最後に,10^{-20} W Hz^{-1} (傾斜) と10^{-12} W Hz^{-1/2} (分散) の光子ショットノイズの感度が制限されることを数値的に推定する。 この研究は、NVベースのRF検出器のさらなる最適化の基礎となる。

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