論文の概要: Room-temperature inversionless diamond nitrogen-vacancy electronic spin maser
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.07124v1
- Date: Wed, 08 Jul 2026 08:06:30 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-07-09 22:50:30.319803
- Title: Room-temperature inversionless diamond nitrogen-vacancy electronic spin maser
- Title（参考訳）: 室温無反転ダイヤモンド空孔電子スピンメーザ
- Authors: Ali Fawaz, Sarath Raman Nair,
- Abstract要約: ダイヤモンド中の負電荷の窒素空隙電子スピンのアンサンブルを用いて、約2.9GHzの周波数で動作する室温メーザを提案する。
本手法では,NVスピンの垂直方向に沿って適用された数ミリテスラの直流磁場を共通の軸に沿って整列する。
直流感度が100 pT/$sqrtmathrmHz$。
- 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: We propose a method to create a room-temperature maser operating at approximately 2.9~GHz frequency using an ensemble of negatively charged nitrogen-vacancy electronic spins (NV) in diamond, without requiring population inversion. Our method considers a DC magnetic field of a few milli-Tesla (mT) applied along the perpendicular direction of an ensemble of NV spins aligned along a common axis. This perpendicular magnetic-field creates superposition states of $|m_{\mathrm{s}}=-1\rangle$ and $|m_{\mathrm{s}}=+1\rangle$ of the NV spin's ground state triplet levels and thereby makes it possible to drive all three transitions in the NV spin ground state. We model the system by including optical pumping of the NV spins, near-resonant driving of two transitions, and coupling the third transition to a near-resonant microwave resonator. Numerical estimates using experimentally realizable parameters show that inversionless masing can be achieved inside the microwave resonator using our method. As an application, we show that the output intensity of an inversionless maser ($1.1\times10^{14}$ spins) can be used for magnetic field sensing with a DC sensitivity on the order of a hundred pT/$\sqrt{\mathrm{Hz}}$. Our study opens a new direction in room-temperature diamond NV maser devices for quantum technological applications without the requirement of a strong bias magnetic field, as in conventional NV diamond masers.
- Abstract（参考訳）: 本研究では,ダイヤモンド中の負電荷窒素空隙電子スピン(NV)のアンサンブルを用いて,約2.9〜GHzの周波数で動作する室温メーザを作成する方法を提案する。
本手法では,NVスピンの垂直方向に沿って適用された数ミリテスラ(mT)の直流磁場を共通の軸に沿って整列する。
この垂直磁場は、NVスピンの基底状態三重項レベルの$|m_{\mathrm{s}}=-1\rangle$と$|m_{\mathrm{s}}=+1\rangle$の重ね合わせ状態を生成し、NVスピン基底状態における3つの遷移を駆動することができる。
我々は,NVスピンの光ポンピング,2つの遷移の近接共振駆動,および3番目の遷移を近接共振マイクロ波共振器に結合させることにより,システムをモデル化する。
実験的に実現可能なパラメータを用いた数値計算により,マイクロ波共振器内における逆無逆メイシングが実現可能であることを示す。
応用として,100 pT/$\sqrt{\mathrm{Hz}}$の直流感度で磁場センサの出力強度(1.1\times 10^{14}$ spins)を計測できることを示す。
本研究は,従来のNVダイヤモンドメーザーのように強いバイアス磁場を必要としない量子技術応用のための室温ダイヤモンドNVメーザー装置の新たな方向を開く。
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