論文の概要: Nanoscale magnetometry via collective many-body dynamics in diamond
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.03039v1
- Date: Wed, 02 Sep 2026 18:09:52 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-09-04 18:28:38.823341
- Title: Nanoscale magnetometry via collective many-body dynamics in diamond
- Title（参考訳）: ダイヤモンドの集合多体ダイナミクスによるナノスケール磁気計測
- Abstract要約: 本研究では, 室温固体中の電子スピンを強く相互作用させることにより, ナノスケール磁気センサへのアプローチを示す。
これらの観測は、ナノスケールの生体イメージングと材料特性評価のための相互作用強化量子センサーの実用化に向けての扉を開く。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.3153856776329811
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Many-body dynamics constitutes a promising approach for creating correlations between quantum particles which can be used for applications in sensing and metrology. However, utilizing this potential for substantial gains in practical settings is a challenging task with only a very few applications realized to date. Here, we demonstrate an approach to nanoscale magnetic sensing enabled by strongly interacting electronic spins in a room temperature solid. By coherently controlling collective many-body dynamics of a dipolar ensemble of $\sim 10^4$ nitrogen-vacancy (NV) centres in diamond with pulsed magnetic field gradients, we demonstrate practical metrological gain up to $7.9(2)\,\mathrm{dB}$ for magnetic signal detection and $8.8(3)\,\mathrm{dB}$ for magnetic noise sensing, fully accounting for experimental overheads. Finally, we combine these methods to demonstrate a momentum-space-resolved sensing modality that enables detection of spatially correlated magnetic noise at continuously tunable length scales down to 50 nanometers. These observations open the door toward practical applications of interaction-enhanced quantum sensors for nanoscale biological imaging and material characterization.
- Abstract（参考訳）: 多体ダイナミクスは、量子粒子間の相関関係を作るための有望なアプローチであり、センシングやメトロジーの応用に使用できる。
しかし、このポテンシャルを実用的な設定で大幅に向上させることは、これまで実現されたアプリケーションはごくわずかである、という難題である。
本稿では, 室温固体中の電子スピンを強く相互作用させることにより, ナノスケール磁気センサへのアプローチを示す。
パルス磁場勾配のダイヤモンド中の双極子10^4$窒素空孔(NV)中心の集合的な多体ダイナミクスをコヒーレントに制御することにより、磁気信号検出のための7.9(2)\,\mathrm{dB}$と、磁気ノイズ検出のための8.8(3)\,\mathrm{dB}$と、実験上のオーバーヘッドを完全に考慮した実用的なメトロジー的な上昇を示す。
最後に,これらの手法を組み合わせることで,連続的な可変長50ナノメートルの空間的相関磁気ノイズの検出を可能にする運動量空間分解型センシングモードを実証する。
これらの観測は、ナノスケールの生体イメージングと材料特性評価のための相互作用強化量子センサーの実用化に向けての扉を開く。
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