論文の概要: Semiclassical spin-bath calculation of the nitrogen-isotope effect on NV$^-$ ensemble coherence in diamond
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.37596v2
- Date: Wed, 30 Sep 2026 05:05:15 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-10-01 18:57:26.313052
- Title: Semiclassical spin-bath calculation of the nitrogen-isotope effect on NV$^-$ ensemble coherence in diamond
- Title(参考訳): ダイヤモンドのNV$^-$アンサンブルコヒーレンスに対する窒素-同位体効果の半古典的スピンバス計算
- Abstract要約: 超微細縮退し、したがってフリップフロップに自由なP1対の分数は、14$N (I = 1) に対して 1/4 であるが、15$N (I = 1/2) では 5/16 であることを示す。
測定されたコントラストである2.07$pm$ 0.25は3.8$$であり、共鳴チャネルのカウントは実数であるが部分的な寄与である。
- 参考スコア(独自算出の注目度): 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The ratio $T_2$/$T_2^*$ of the Hahn-echo and Ramsey times of nitrogen-vacancy (NV$^-$) ensembles is independent of the nitrogen concentration [N] and is $\approx$ 16 in diamond of natural isotopic abundance ($^{14}$N), yet a recent $^{15}$N-doped ensemble magnetometer gives only 8.05 $\pm$ 0.18 in the single-quantum convention. We ask whether the nitrogen nuclear isotope alone can cause such a reduction. Using a semiclassical spin-bath model with the Jahn-Teller-resolved P1 hyperfine tensor, we show that the fraction of P1 pairs that are hyperfine-degenerate, and hence free to flip-flop, is 1/4 for $^{14}$N (I = 1) but 5/16 for $^{15}$N (I = 1/2). Simulations over [N] = 0.1--100 ppm confirm that this shortens $T_2$ while leaving $T_2^*$ exactly unchanged: $T_2$($^{14}$N)/$T_2$($^{15}$N) = 1.118 $\pm$ 0.011, independent of [N] and 11$σ$ above unity. The measured contrast, 2.07 $\pm$ 0.25, is 3.8$σ$ larger, identifying resonant-channel counting as a real but partial contribution and setting a quantitative benchmark for many-body calculations.
- Abstract(参考訳): T_2$/$T_2^*$のHahn-echoとRamseyの窒素空孔時間(NV$^-$)のアンサンブルは窒素濃度 [N] とは独立であり、天然同位体存在量のダイヤモンドでは$\approx$16である(^{14}$N)。
我々は、窒素核同位体だけがそのような還元を引き起こすかどうかを問う。
Jahn-Teller-resolved P1 hyperfine tensor を用いた半古典的スピンバスモデルを用いて、超微細縮退しフリップフロップのない P1 対の分数は、$^{14}$N (I = 1) に対して 1/4 であるが$^{15}$N (I = 1/2) に対して 5/16 であることを示す。
T_2$($^{14}$N)/$T_2$($^{15}$N) = 1.118$\pm$ 0.011、これは [N] と 11$σ$ とは独立であり、$T_2$($^{14}$N)/$T_2$($^{15}$N) = 1.118$\pm$ 0.011である。
測定されたコントラストである2.07$\pm$ 0.25は3.8$σ$で、共鳴チャネルのカウントを実数であるが部分的な寄与として同定し、多体計算の定量的ベンチマークを設定する。
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