論文の概要: Geometric estimation of NV charge-state contributions from a low-dimensional spectral representation

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.38739v1
• Date: Wed, 30 Sep 2026 01:21:59 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-10-01 18:57:26.95378
• Title: Geometric estimation of NV charge-state contributions from a low-dimensional spectral representation
• Title（参考訳）: 低次元スペクトル表現によるNV帯電状態寄与の幾何学的推定
• Abstract要約: ダイヤモンド中の窒素空孔中心は、中性(NV0)および負電荷(NV-)状態に存在する。 異なる励起強度で取得したPLスペクトルからNV帯電状態の寄与を決定する幾何学的手法を提案する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Nitrogen-vacancy (NV) centers in diamond exist in neutral (NV0) and negatively charged (NV-) states, and quantifying their respective photoluminescence (PL) contributions is important for charge-state-based measurements. Existing methods either require additional experimental control or may suffer from limited physical identifiability. Here, we introduce a geometric method for determining NV charge-state contributions from PL spectra acquired at different excitation intensities. Each spectrum is mapped into a low-dimensional space through broadband spectral weighting, where changes in the relative NV0 and NV- contributions trace a one-dimensional trajectory. Zero-phonon-line (ZPL) information from two spectra physically calibrates this trajectory, enabling the NV-PL contribution to be determined by geometric projection. Measurements on two bulk single-crystal diamond samples yielded NV- contributions in close agreement with those obtained using an independent dual-excitation reference-spectrum method, with root-mean-square errors of 1.11 and 0.31 percentage points. Under additive spectral noise, the proposed method exhibited more than an order of magnitude less variation than a ZPL-only method. Fisher-information analysis further showed that the three-dimensional CIE XYZ representation retained approximately 81% of the information about the NV- contribution available in the full spectrum. These results establish a physically calibrated approach to low-dimensional spectral estimation that combines reduced experimental overhead with robust parameter estimation and provides a general framework for spectral sensing governed by a small number of physical degrees of freedom.
• Abstract（参考訳）: ダイヤモンド中の窒素空孔(NV)中心は中性(NV0)および負電荷(NV-)状態にあり、それぞれの光ルミネッセンス(PL)の寄与を定量化することは電荷状態に基づく測定において重要である。 既存の方法は、追加の実験的な制御を必要とするか、または限定的な物理的識別性に悩まされる可能性がある。 本稿では,異なる励起強度で得られたPLスペクトルからNV帯電状態の寄与を決定する幾何学的手法を提案する。 各スペクトルはブロードバンドスペクトル重み付けによって低次元空間にマッピングされ、相対的なNV0とNV-の寄与の変化は1次元軌跡を辿る。 2つのスペクトルからのゼロフォノン線(ZPL)情報は、この軌道を物理的に校正し、NV-PLの寄与は幾何学的射影によって決定される。 2つのバルク単結晶ダイヤモンド試料の測定は、独立二重励起参照スペクトル法を用いて得られた試料とNV-の寄与をよく一致させ、根平均二乗誤差は1.11および0.31ポイントであった。 付加的なスペクトル雑音下では,ZPLのみの手法よりも1桁未満のばらつきが認められた。 さらに,3次元CIE XYZ表現はNV-寄与に関する情報の約81%をフルスペクトルで保持することを示した。 これらの結果は、低次元のスペクトル推定に対する物理的に校正されたアプローチを確立し、実験オーバーヘッドの低減とロバストなパラメータ推定を組み合わせ、少数の物理的自由度で制御されるスペクトル検出のための一般的な枠組みを提供する。

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