다이아몬드 양자 센서는 실온에서 바카라 사이트 주소를 유지하여 측정 범위가 기존의 저온 값보다 100 배 낮습니다

Kyoto University, ED Herbschleb의 화학 연구소의 Mizuoki Norikazu 교수의 연구 그룹 및 바카라 커뮤니티의 Kato Soramitsu 최고 연구원은 NV Center (그림 1)를 사용하여 새로운 독점 분야를 측정하기 위해 새로운 분야의 알고리즘을 사용했습니다 (그림 1) 다이아몬드동적 범위를 확장하는 데 성공했습니다 순서대로 이 동적 범위는 단일 NV 중심을 사용하는 양자 센서의 세계에서 가장 높습니다

이 단일 NV 센터를 사용한 결과를 기반으로, NV 센터 수가 증가한 그룹을 측정 할 때 더 높은 바카라 사이트 주소를 달성하기 위해 더 높은 바카라 사이트 주소를 달성 할 수 있습니다 초전도 양자 간섭계 및 광학 펌핑 자기 측정기와 같은 다른 초 민감한 센서는 매우 좁은 동적 범위를 가지고 있습니다 이 시간에 고안된 방법은 펄스 기술을 사용하여 다른 양자 센서에 적용될 수 있으므로 민바카라 사이트 주소를 유지하면서 양자 센서의 측정 범위를 확장 한 결과는 양자 센서의 응용 환경을 확장하는 달성이 될 것으로 예상됩니다 또한, 물체와 물체 사이의 상호 작용의 크기는 거리에 크게 의존하기 때문에,이 결과는 측정 공간의 면적을 넓힐 것으로 예상됩니다

NV 센터는 매우 민감한 양자 센서로 사용될 것으로 예상되지만, 기존의 양자 센서는 높은 바카라 사이트 주소와 동적 범위를 넓힐 수 있다는 점에서 단점을 가지고있다 이번에는 펄스 시퀀스를 서로 다른 펄스 간격과 결합하고 베이지안 추정 알고리즘을 사용하여 최적화함으로써 단일 NV 중심에서 실온에서 약 7 배의 동적 범위를 달성했습니다 이것은 단일 NV 센터에서 저온 (8k)에서 가장 높은보고 된 값보다 더 넓은 2 배입니다 또한, 펄스 시퀀스와 다른 맥박 간격을 결합한 연구에서, 측정 시간에 대한 민바카라 사이트 주소의 의존성은 고전적인 가치의 한계를 초과하여 학문적 관심을 끌었던 것으로보고되었다 그러나 우리는 또한 시뮬레이션을 통해 현상을 설명했습니다 이 결과는 2021 년 1 월 12 일 영국의 국제 학술 저널 "Nature Communications"

최근 몇 년간, 다이아몬드의 NV 센터는 초고 바카라 사이트 주소 센서 및 양자 정보 장치의 관점에서 주목을 끌고 있습니다 하나의 (단일) NV 중심의 스핀은 실온에서 관찰 될 수 있으며 다른 재료보다 상당히 길다는 점은 주목할 가치가 있습니다스핀 일관성 시간 (t₂)가 있다는 것입니다 센서 관점에서, 그것은 자기장, 전기장, 온도, 압력 등과 같은 매우 민감한 센서로 사용될 것으로 예상되며, 각 센서가 관찰 될 수 있기 때문에 나노 미터 수준에서 높은 공간 해상도를 달성합니다 따라서, NV 센터를 사용하는 양자 센서는 세포 내 측정, 단백질 물질의 구조 분석과 같은 생명 과학 분야에 적용될 것으로 예상되며, 이는 높은 공간 해상도 및 높은 바카라 사이트 주소가 필요하며 미세 장치 평가 장치를위한 센서 또한, 한 번에 측정 된 NV 센터의 수를 증가시킴으로써 공간 분해능이 줄어들지 만 바카라 사이트 주소는 크게 증가 할 수 있습니다 원칙적으로, 액체 헬륨 없이는 작동 할 수없는 초전도 양자 간섭계의 바카라 사이트 주소 (FEMTO TESLA) 수준에 도달 할 것으로 예상 될 수있다 이러한 이유로, 자석 코타비 그래프 및 자기 펜스 팔로 미터와 같은 의료 기기를 포함하여 매우 높은 민바카라 사이트 주소가 필요한 분야에서 널리 사용될 것으로 예상됩니다

초전도 양자 간섭계 및 광학 펌핑 마그네토 미터와 같은 매우 민감한 센서는 매우 좁은 동적 범위를 가지며 자기 적으로 차폐 된 환경에서 사용됩니다 NV 중심을 사용하는 센서는 매우 민감한 양자 센서이며 넓은 동적 범위를 가지고 있습니다 그러나 기존의 방법은 높은 바카라 사이트 주소를 달성하고 동적 범위를 넓히는 데 결점을 가졌습니다

그림 2 (a)는 자기장을 감지함에 따라 스핀 일관성이 회전하는 것을 보여줍니다 NV 중심에는 전자 스핀 (그림의 빨간색 화살표)이있어 0 및 1의 겹치는 상태가 실현 될 수 있습니다 이것이 자기장을 느끼면 회전하고 회전 각도는 자기장의 크기를 나타냅니다 그러나 하나 이상의 라운드를 회전하면 얼마나 많은 회전이 있었는지 알 수 없습니다 이로 인해 측정 범위의 한계가 발생합니다 도 2 (a)에 그림 2 (b)에 도시 된 회전은 자기장 (수평 축)에 대한주기 강도 (수직 축)로 표시된다 한 사이클이 자기장을 결정할 수있는 한계 범위 (B_기간) 하지만 간단히B_기간를 넓히면 자기장 바카라 사이트 주소가 열악 해집니다 이는 바카라 사이트 주소가 관측 지점의 기울기 크기 (파란색 x)와 기울기가 가파르게 될수록 바카라 사이트 주소가 더 좋지만B_기간슬로프가 느리게 균형을 이룰 수 있으므로 바카라 사이트 주소가 줄어 듭니다

스핀 일관성은 그림 2 (a)에 나와 있지만,이를 생성하기 위해 초기 상태 (여기서는 상태가 "0"으로 설정됨)를 XY 평면 90 도로 밀어야합니다 더 이상 관찰하려면 z 축의 구성 요소를 감지하기 위해 90도 기울입니다 전형적인 한 에코 측정에서,도 3 (a)에 도시 된 바와 같이, 2 개의 90도 펄스 (π/2 펄스)와 180도 펄스 (P 펄스)를 사용하여 측정을한다 도 3 (b-d)에 도시 된 바와 같이, 두 90도 펄스 사이의 간격 시간을 변화 시키면 관찰 된 바카라 사이트 주소와 측정 가능한 범위가 변화한다 예를 들어, 그림 3 (b)에 표시된 것처럼 (a)와 비교하여 펄스 간격이 (a)와 비교하여 절반으로 절반으로 절반으로 감지되면, 자기장이 감지되는 영역이 더 작아서 바카라 사이트 주소는 (a)에 비해 바카라 사이트 주소가 감소하지만 결과적으로 그림 2 (a)에 표시된 XY 평면에서 한 번의 회전이 관찰 될 수 있습니다 이러한 방식으로 펄스 시퀀스를 펄스 간격으로 결합함으로써, 측정 범위는 바카라 사이트 주소를 크게 줄이지 않고 확장 될 수 있습니다 높은 바카라 사이트 주소를 유지하면서 최적의 펄스 간격을 결합하여 측정 범위를 넓히는 방법을 아는 것이 중요하지만, 우리는 NV 중심에서 높은 바카라 사이트 주소를 유지하기 위해 베이지안 추정 알고리즘과의 여러 다른 펄스 시퀀스 조합을 최적화합니다AC 자기장의 동적 범위를 넓히려고 시도했습니다 그림 3 (e)는 그림 3 (a) 내지 (d)의 펄스 간격에서 바카라 사이트 주소의 측정 시간 의존성에 대한 시뮬레이션 결과와 최적 조합 (고체 적색 라인)에서 바카라 사이트 주소의 측정 시간 의존성을 보여줍니다 최적의 조합을 만들면 특정 측정 시간 후에 최적의 바카라 사이트 주소가 유지 될 수 있음을 알 수 있습니다 실험 결과는 그림 1 (b)에 나와 있으며, NV 중심의 높은 바카라 사이트 주소를 유지하면서 단일 NV 중심에서 실온에서 약 7 배의 동적 범위를 달성했습니다 이것은 지금까지 저온에서 가장 높은보고 된 값보다 더 넓은 두 배입니다 [1]

또한 펄스 시퀀스를 다른 펄스 간격과 결합하는 측정 연구에서 측정 시간 (t) (η)의 종속성은 고전적인 한계 인 종속성 1/(t)^0.5[1,2]를 초과하는 결과도보고되었으며 학문적 관심이있었습니다 이 경우, 우리는 그림 3 (e)와 같이 상이한 펄스 간격을 갖는 펄스 서열의 조합을 사용하여 시뮬레이션에 의해이 현상을 재현하고 바카라 사이트 주소는a₀그림 3 (a)에 표시된 펄스 간격으로 인한 최대 바카라 사이트 주소가 초과되지 않은 것으로 나타났습니다

이 측정에 사용 된 NV 센터는 National Advanced Industrial Science and Technology에 의해 합성 된 인 도핑 된 N 형 다이아몬드 샘플을 사용하여 측정되었습니다 지금까지, 우리는 인 도핑 된 N- 타입 다이아몬드 샘플에서 NV 중심을 사용하여 스핀 일관성 시간 증가에 대한 인 도핑의 효과를 발견했으며, 단일 NV 센터에서 실온에서 해당 수준까지 최대 자기장 바카라 사이트 주소가 50% 이상 향상 될 수 있음을 추가로 입증했다 [3] 이번에는 인 도핑 된 N- 타입 다이아몬드를 사용하여 세계 최고의 자기장 다이내믹 레인지를 달성했습니다

이 경험적 연구는 하나의 NV 센터를 사용했지만 NV 센터의 수가 증가한 NV 센터 개체군을 측정하면 바카라 사이트 주소를 더욱 증가시키고 동적 범위를 넓힐 수 있습니다 측정 범위는 다른 초전도 양자 간섭계 (오징어) 및 광학 펌핑 자기 계수보다 넓은 순서입니다 이 성과는 비교적 큰 자기장이 원하는 환경에서 비교적 큰 자기장이 혼합 될 때와 같이 향후 다이아몬드 양자 센서의 응용 환경을 더욱 확장 할 것으로 예상됩니다

또한 생명 과학 분야에서 예상되는 세포 내 측정 및 구조 분석과 같은 응용 분야 및 미세한 장치 평가 장치에 대한 센서의 경우 NV 센터에서의 스핀 사이의 상호 작용의 크기는 거리에 크게 의존 할 것으로 예상됩니다

●이 프로그램은 교육, 문화, 스포츠, 과학 및 기술의 광학 양자 도약 플래그십 프로그램 (Q-Leap)에 의해 지원되었습니다 (2020-110), Kyoto University Research Collaboration Foundation 차세대 연구원 지원 프로젝트 및 Kagaku Grant Fund (No 15H05868, 16H06326)

[1] C Bonato, M S Blok, H T Dinani, D W Berry, M L Markham, D J Twitchen, R Hanson,Nature Nanotechnology11, 247 (2015)
[2] G Waldherr, J Beck, P Neumann, R S Say, M Nitsche, M L Markham, D J Twitchen, J Twamley, F Jelezko, J Wrachtrup,Nature Nanotechnology7, 105 (2011)
[3] E D Herbschleb, H Kato, Y Maruyama, T Danjo, T Makino, S Yamasaki, I Ohki, K Hayashi, H Morishita, M Fujiwara, N Mizuochi,Nature Communications, 10, 3766 (2019)

제목 : 매우 높은 동적 범위 양자 측정 민바카라 사이트 주소를 유지
저자 : E D Herbschleb, H Kato, T Makino, S Yamasaki, N Mizuochi
게시 된 잡지 :자연 커뮤니케이션
doi : 101038/s41467-020-20561-x

Dynamic Range

동적 범위는 일반적으로 식별 가능한 신호의 최소값과 최대 값 사이의 비율로 사용되지만 여기서는 바카라 사이트 주소에 대한 최대 감지 가능한 자기장 범위 (단위 시간당 감지 할 수있는 최소 자기장)의 비율로 사용됩니다[참조로 돌아 가기]

AC 자기장

교류 전류 등을 주기적으로 변경하여 생성 된 자기장[참조로 돌아 가기]

스핀 일관성 시간 (t₂)

스핀은 0과 1의 양자 중첩 상태를 달성하는 데 사용될 수 있지만, 중첩 상태가 1/e의 크기로 감소하는 데 걸리는 시간 (여기서 E는 자연 로그의 기초) 스핀 일관성 시간 t₂라고합니다 엄격하게 말하면,이 실험에서 T₂Hearn Echo 방법을 사용하여 결정된 일관성 시간입니다 자기 공명 스펙트럼의 균일 한 선 너비는 t₂및 t₂길이가 더 길면 균일 한 선 너비도 더 좁습니다 이것은 향상된 센서 바카라 사이트 주소에 해당합니다[참조로 돌아 가기]