利用金刚石表面附近超精细偏置的氮空位中心实现零场磁强计测量
介观与纳米尺度物理
2021-09-14 v1 量子物理
摘要
金刚石中的浅层氮空位(NV)中心因可放置于目标附近，在纳米磁强计测量方面颇具前景。为研究本征磁学性质，零场磁强计测量是理想的。然而，对于零场下的浅层 NV 中心，金刚石表面附近的应变会导致自旋态之间的能级反交叉，从而产生对磁信号不敏感的时钟跃迁频率。此外，来自表面的电荷噪声会引起额外的自旋退相干，从而降低磁灵敏度。本文证明，来自第一壳层 13C 核自旋的相对较强的超精细耦合(130 MHz)可为 NV 中心自旋提供有效偏置场，从而打破时钟跃迁条件并抑制电荷噪声。在我们的装置中，超精细偏置将直流磁灵敏度提高了 22 倍。在强超精细场抑制电荷噪声的情况下，零场下的交流磁强计测量也达到了由核自旋浴退相干所设定的极限。此外，NV 中心自旋跃迁的 130 MHz 分裂允许同时在两个间隔良好的频率(~2.870 ± 0.065 GHz)上对磁噪声进行弛豫测量，提供零场下高频噪声的（低分辨率）频谱信息。超精细偏置增强的零场磁强计测量可与动力学解耦相结合，以增强单分子磁共振波谱并改善纳米级磁共振成像中的频率分辨率。
引用
@article{arxiv.2109.05445,
title = {Zero-field magnetometry using hyperfine-biased nitrogen-vacancy centers near diamond surfaces},
author = {Ning Wang and Chu-Feng Liu and Jing-Wei Fan and Xi Feng and Weng-Hang Leong and Amit Finkler and Andrej Denisenko and Jörg Wrachtrup and Quan Li and Ren-Bao Liu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2109.05445},
year = {2021}
}