基于固态缺陷中心的低频生物传感 regime 中测量方案的探究与比较
量子物理
2021-09-28 v1 应用物理
摘要
金刚石中固态缺陷系综是极具前景的量子传感器，具有高灵敏度和时空分辨率。此类系综中的非均匀展宽和驱动幅度变化对不同传感方案的灵敏度影响各异，这增加了为特定传感 regime 选择最优方案的挑战。本工作中，我们数值研究并比较了基于连续波（CW）光探测磁共振（ODMR）谱、π脉冲 ODMR 和 Ramsey 干涉测量的方案在典型生物源信号低频（<10 kHz）范围内使用氮空位中心传感的预测灵敏度。我们表明非均匀展宽对 Ramsey 干涉测量灵敏度影响最强，而驱动幅度变化对 CW ODMR 灵敏度影响最小，所有方法均受 Rabi 频率限制。基于我们的结果，可识别出三个不同的关注区域。对于小于 0.3 MHz 的非均匀展宽（最先进传感实验中金刚石的典型值），Ramsey 干涉测量产生最高灵敏度。在非均匀展宽大于 0.3 MHz 的 regime 下，如标准光学级金刚石或小型化集成器件中，驱动幅度变化决定所用最优协议。对于低到中等驱动幅度变化，使用 π脉冲 ODMR 达到最高灵敏度。对于高驱动幅度变化（与宽场显微成像相关），CW ODMR 可产生最佳传感性能。
引用
@article{arxiv.2109.13028,
title = {Investigation and comparison of measurement schemes in the low frequency biosensing regime using solid-state defect centers},
author = {Andreas F. L. Poulsen and James L. Webb and Kirstine Berg-Sørensen and Ulrik Lund Andersen and Alexander Huck},
journal= {arXiv preprint arXiv:2109.13028},
year = {2021}
}