用于精确矢量磁力测量的金刚石中氮空位系综的无偏置场操作
量子物理
2025-10-24 v2
摘要
精确测量矢量磁场对于导航、地球科学和太空探索等应用至关重要。氮空位（NV）中心自旋系综为高灵敏度矢量磁力测量提供了一种有前景的解决方案，因为它们在金刚石晶格中的不同取向可以测量磁场的不同分量。然而，通常用于分离来自每个 NV 取向信号的偏置磁场，会因永磁体或线圈中的漂移而引入不准确性。在此，我们提出一种新颖的无偏置场方法，在用于操控自旋系综的可变脉冲持续时间 Ramsey 序列中，通过微波（MW）场的方向来标记 NV 取向。数值仿真表明，在大多数陆地磁场中，即使没有精确的 MW 场校准，也有可能以亚纳特斯拉的精度分离每个取向的信号，且仅带来适度的灵敏度损失。我们还提供了原理验证实验，观察到相关特征随施加磁场如预期般演化。展望未来，通过消除一个关键的漂移源，所提方案为未来在高精度或长时任务中部署 NV 磁力计奠定了基础。
引用
@article{arxiv.2505.24574,
title = {Bias-field-free operation of nitrogen-vacancy ensembles in diamond for accurate vector magnetometry},
author = {Lilian Childress and Vincent Halde and Kayla Johnson and Andrew Lowther and David Roy-Guay and Romain Ruhlmann and Adrian Solyom},
journal= {arXiv preprint arXiv:2505.24574},
year = {2025}
}
备注
20 pages, 8 figures, manuscript version accepted to PRX Quantum