論文の概要: Surface adsorbates suppress low-frequency noise for shallow nitrogen-vacancy centers
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.01478v1
- Date: Sun, 02 Aug 2026 20:18:14 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-08-04 15:07:25.25366
- Title: Surface adsorbates suppress low-frequency noise for shallow nitrogen-vacancy centers
- Title（参考訳）: 浅い窒素空洞中心における表面吸着剤による低周波ノイズ抑制
- Abstract要約: 表面吸着剤は、脱コヒーレンスの主要な原因であると広く信じられている。
表面吸着剤は、脱コヒーレンスの主要な原因であると広く信じられている。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.013627277357216071
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Shallow nitrogen-vacancy (NV) centers in diamond are promising nanoscale quantum sensors, yet their coherence is strongly limited by surface-induced noise. Surface adsorbates are widely believed to be a major source of decoherence. Here, we test this assumption by characterizing shallow single NV centers under ultrahigh vacuum (UHV) conditions, where the diamond surface is kept free of adsorbates, and comparing their behavior to ambient conditions. Surprisingly, we observe a ~4x reduction in the Hahn echo coherence time T2 in UHV. By combining Hahn echo measurements in the single-quantum (SQ) and double-quantum (DQ) bases, we separate contributions from different noise sources and find that both electric and magnetic noise are enhanced in UHV. In contrast, T1 measurements reveal an increased DQ T1 in UHV, indicating suppressed electric field noise in the ~100 MHz frequency regime. These results point to a modification of the surface noise spectrum upon adsorbate removal, with different frequency regimes arising from distinct microscopic mechanisms. Specifically, we find that the low frequency noise is consistent with increased surface charge in UHV that can be compensated by surface adsorbates in ambient conditions. Our findings highlight a complex and previously underappreciated role of surface adsorbates in shaping the noise environment of shallow NV centers, with important implications for nanoscale quantum sensing.
- Abstract（参考訳）: ダイヤモンド中の低窒素空孔(NV)中心はナノスケールの量子センサーを約束しているが、そのコヒーレンスは表面誘起ノイズによって強く制限されている。
表面吸着剤は、脱コヒーレンスの主要な原因であると広く信じられている。
ここでは,超高真空(UHV)条件下での浅い単一NV中心の特性を,ダイヤモンド表面を吸着することなく保持し,その挙動を環境条件と比較することにより,この仮定を検証した。
驚くべきことに、UHVにおけるハーンエコーコヒーレンス時間T2の約4倍の減少が観測された。
単一量子 (SQ) と二重量子 (DQ) の基底におけるハーンエコーの測定を組み合わせることで、異なるノイズ源からの寄与を分離し、UHVにおいて電気的ノイズと磁気的ノイズの両方が増強されることを見出した。
対照的に、T1測定はUHVにおけるDQ T1の増加を示し、約100MHzの周波数状態における電場ノイズの抑制を示す。
これらの結果から,吸着除去に伴う表面雑音スペクトルの変化が示唆された。
特に、低周波雑音は、環境条件下で表面吸着によって補償できるUHVの表面電荷の増加と一致している。
本研究は, 浅いNV中心の騒音環境形成において, 表面吸着剤が複雑で未熟な役割を担っていることを示し, ナノスケール量子センシングに重要な意味を持つことを示した。
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