論文の概要: Microkelvin resolution thermometry at the nanometre scale
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.04907v1
- Date: Fri, 04 Sep 2026 09:09:42 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-09-07 18:15:23.990443
- Title: Microkelvin resolution thermometry at the nanometre scale
- Title（参考訳）: マイクロケルビン分解能温度測定
- Abstract要約: 等方的に精製された双対NVナノダイアモンドと、ベスポーク量子センシングチップを用いて、温度測定感度の桁違いの改善を示す。
我々は、温度測定自体によって誘起される温度変化、特にNVスピン状態の探査に用いられる光励起レーザを定量化する。
サブミルモシルビン分解能とミリケルビン感度熱測定により、生体系における微小な熱ゆらぎのモニタリングが可能となる。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.22604865062326837
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Accurate temperature readings of transient events at the nanometer scale are challenging due to the low sensitivity of available sensors. Nanodiamonds containing nitrogen-vacancy (NV) centers have been used for nanoscale thermometry in complex environments, including inside living cells. However, their performance has been limited by short coherence times and low photon counts. In this work, we use isotopically-purified dual-NV nanodiamonds and a bespoke quantum sensing chip to showcase an order of magnitude improvement in temperature measurement sensitivity compared with previous reports. We demonstrate robust temperature measurements with an error of 682 $μ$K, experimental sensitivities below 50 mK/$\surd \text{Hz}$ and a shot-noise limited sensitivity of 9.6 mK/$\surd \text{Hz}$. To confirm the utility of these high-performance nanothermometers, we quantify the temperature change induced by the thermometry measurement itself, specifically the optical excitation laser used to probe the NV spin state. In addition, we observe directly at the nanometre scale the transient heating caused by the exothermic mixing of dimethyl sulfoxide in water. Sub-millikelvin resolution and millikelvin sensitivity thermometry unlock the possibility of monitoring minute thermal fluctuations in living systems and assessing catalyst performance at the nanometre scale.
- Abstract（参考訳）: ナノメートルスケールでの過渡事象の正確な温度測定は、センサの感度が低いため困難である。
窒素空孔(NV)中心を含むナノダイヤモンドは、生体細胞を含む複雑な環境におけるナノスケールの温度測定に使用されている。
しかし、それらの性能は短いコヒーレンス時間と低い光子数によって制限されている。
本研究では, 等方的に精製された双対NVナノダイアモンドとベスポーク量子センシングチップを用いて, 前報と比較して温度測定感度が大幅に向上したことを示す。
我々は682$μ$Kの誤差、50mK/$\surd \text{Hz}$以下の実験感度、9.6mK/$\surd \text{Hz}$のショットノイズ制限感度で頑健な温度測定を実証した。
これらの高性能ナノサーモメータの有用性を確認するため、温度測定自体によって誘起される温度変化、特にNVスピン状態の探査に用いられる光励起レーザーを定量化する。
さらに, 水中におけるジメチルスルホキシドの酸素混合による過渡加熱をナノメートルで直接観察した。
サブミルリキルビン分解能とミリケルビン感度温度測定により, 生体系における微小温度変動のモニタリングが可能となり, ナノメートルスケールでの触媒性能の評価が可能となった。
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