論文の概要: Rapid and high-sensitive NV-based microwave field imaging via digital lock-in amplification for on-chip microstrip diagnostics

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.05886v1
• Date: Sat, 05 Sep 2026 05:17:29 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-09-12 12:24:47.233605
• Title: Rapid and high-sensitive NV-based microwave field imaging via digital lock-in amplification for on-chip microstrip diagnostics
• Title（参考訳）: オンチップマイクロストリップ診断のためのディジタルロックイン増幅による高速・高感度NVマイクロ波場イメージング
• Abstract要約: 高分解能・高感度マイクロ波(MW)磁場イメージングは、非破壊集積回路(IC)試験、高周波デバイス特性評価、スピントロニクス研究に不可欠である。 ここでは, ダイヤモンド窒素空洞(NV)中心のアンサンブルに基づく広視野イメージング手法を導入することにより, この障壁を克服する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 12.238289382095509
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: High-resolution, high-sensitivity microwave (MW) magnetic field imaging is indispensable for non-destructive integrated circuit (IC) testing, radio-frequency device characterization, and spintronic research. Yet, the practical utility of these techniques is severely constrained by the pervasive challenge of isolating weak magnetic signatures from intense optical and electronic noise, which fundamentally limits both acquisition speed and detection sensitivity. Here, we overcome this barrier by introducing a wide-field imaging scheme based on an ensemble of diamond nitrogen-vacancy (NV) centers, synergistically combined with digital lock-in amplification (DLA). By exploiting digital demodulation, the DLA precisely extracts the MW-field response at a specific modulation frequency from background noise (e.g., laser intensity fluctuations), dramatically improving the signal-to-noise ratio (SNR). Consequently, our system attains a magnetic field sensitivity of 126 nT/$\sqrt(Hz)$. Critically, the unprecedented SNR permits a pixel dwell time of under one millisecond, allowing full-field images to be acquired within seconds-more than an order of magnitude faster than state-of-the-art NV-based wide-field techniques. This combination of speed, sensitivity, and micron-scale spatial resolution (1.6 $μ$m) paves the way for quasi-real-time, non-invasive diagnostics of dynamic MW devices and integrated circuits.
• Abstract（参考訳）: 高分解能・高感度マイクロ波(MW)磁場イメージングは、非破壊集積回路(IC)試験、高周波デバイス特性評価、スピントロニクス研究に不可欠である。 しかし、これらの手法の実用性は、取得速度と検出感度の両方を根本的に制限する強い光学的および電子的ノイズから弱い磁気シグネチャを分離するという、広範にわたる課題によって厳しく制約されている。 本稿では,ダイヤモンド窒素空洞(NV)中心のアンサンブルとデジタルロックイン増幅(DLA)を併用した広視野イメージング手法を導入することにより,この障壁を克服する。 デジタル復調を利用して、DLAは背景雑音(例えば、レーザー強度変動)から特定の変調周波数でのMWフィールド応答を正確に抽出し、信号対雑音比(SNR)を劇的に改善する。 これにより、磁場感度は126 nT/$\sqrt(Hz)$となる。 批判的に言えば、前例のないSNRは1ミリ秒未満のピクセルダウエル時間を許可し、最先端のNVベースのワイドフィールド技術よりも数秒以内でフルフィールド画像を取得することができる。 この速度、感度、マイクロスケール空間分解能(1.6$μ$m)の組み合わせは、動的MWデバイスと集積回路の準リアルタイム、非侵襲的な診断方法である。

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