論文の概要: Investigation of Widefield NV-Center Magnetic Imaging for Non-Destructive Materials Testing
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.27097v2
- Date: Thu, 24 Sep 2026 06:18:28 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-09-25 21:10:09.339321
- Title: Investigation of Widefield NV-Center Magnetic Imaging for Non-Destructive Materials Testing
- Title（参考訳）: 非破壊材料試験における広視野NV中心磁気イメージングの検討
- Abstract要約: 材料の磁場の高空間分解能イメージングは、微構造変化の微妙な検出を可能にする。
最も顕著な量子センサーの1つは、ダイヤモンド中の窒素空孔中心であり、非破壊試験への応用について研究されている。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
- Abstract: Due to progressing miniaturization, material fatigue is expected to gain importance on microscopic scales. Nevertheless, most non-destructive testing techniques are optimized for macroscopic scales. Therefore, new approaches applicable to miniaturized samples need to be explored. High spatial resolution imaging of a material's magnetic stray field enables sensitive detection of microstructural changes due to the local interplay of magnetic properties, strain, and defects. Up to now, this approach has rarely been used for materials testing since high-resolution magnetic sensing is traditionally challenging. Novel quantum sensing techniques offer the potential to close this gap. One of the most prominent quantum sensors, the nitrogen vacancy center in diamond, is investigated for non-destructive testing applications within the scope of this work. An experimental system based on a widefield sensing approach was developed to image magnetic stray field distributions within seconds to minutes over areas up to 1 x 1 $mm^2$. Magnetic sensitivities below 10 $μ$T/$\sqrt{\text{Hz}}$ and a spatial resolution of 1-2 $μ$m were achieved. The technique offers high mechanical stability, which is crucial for non-destructive testing applications. Comparison with magneto-optical Kerr effect measurements showed that the magnetic field maps are strongly correlated with the material's surface domains while containing additional information from deeper inside the sample. Characteristic changes in the magnetic stray field distribution were detected in an electrical steel sample after cyclic loading. A potential marker for early fatigue damage was deduced from the splitting gradient distribution, while 2D Fourier transform analysis provided additional insight.
- Abstract（参考訳）: 小型化が進んでいるため、材料の疲労は顕微鏡スケールで重要になると予想されている。
しかしながら、ほとんどの非破壊試験技術はマクロスケールに最適化されている。
そのため, 小型化に応用する新たなアプローチを検討する必要がある。
材料の磁場の高空間分解能イメージングは、磁気特性、ひずみ、欠陥の局所的相互作用による微構造変化の感度な検出を可能にする。
これまでのところ、高解像度の磁気センシングは伝統的に難しいため、この手法は材料試験にはほとんど使われていない。
新たな量子センシング技術は、このギャップを埋める可能性を秘めている。
最も顕著な量子センサーの1つは、ダイヤモンド中の窒素空孔中心であり、この研究の範囲内での非破壊的な試験用途について研究されている。
1 x 1 $mm^2$までの領域で、数秒から数分で磁場分布を画像化するための広視野センシングに基づく実験システムを開発した。
磁気感度は10$μ$T/$\sqrt{\text{Hz}}$以下であり,空間分解能は1-2$μ$mであった。
この技術は高い機械的安定性を提供し、非破壊的なテストアプリケーションには不可欠である。
磁気光学カー効果測定との比較により、磁場マップは試料の深部からの追加情報を含むとともに、材料の表面領域と強く相関していることが示された。
サイクリック負荷後の電気鋼試料中における磁歪分布の特性変化が検出された。
2次元フーリエ変換解析により, 早期疲労損傷の可能性が示唆された。
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