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量子物理

arXiv:2504.20750 (quant-ph)
[提交于 2025年4月29日 (v1) ,最后修订 2025年5月27日 (此版本, v2)]

标题: 金刚石中NV中心绝对矢量磁强计的极限

标题: Limits of absolute vector magnetometry with NV centers in diamond

Authors:Dennis Lönard, Isabel Cardoso Barbosa, Stefan Johansson, Jonas Gutsche, Artur Widera
摘要: 氮化硼(NV)中心在金刚石中已成为一种广泛用于量子传感的平台。单晶金刚石中的四个NV轴特别允许矢量磁强计,其磁场灵敏度可降至$\mathrm{fT}/ \sqrt{\mathrm{Hz}}$。当前文献主要集中在提高基于NV的磁强计的精度。在这里,我们研究通过求解NV哈密顿量从测量的自旋共振频率确定磁场的实验准确性。我们推导出从已知的磁场矢量计算共振频率的精确、解析且易于计算的公式,以及反之从测量的共振频率计算磁场矢量的公式。此外,评估了常用近似的准确性。最后,我们提倡使用Voigt轮廓作为拟合模型,以准确确定测量共振的线宽。我们的分析配有开源的Python软件包。
摘要: The nitrogen-vacancy (NV) center in diamond has become a widely used platform for quantum sensing. The four NV axes in mono-crystalline diamond specifically allow for vector magnetometry, with magnetic-field sensitivities reaching down to $\mathrm{fT}/ \sqrt{\mathrm{Hz}}$. The current literature primarily focuses on improving the precision of NV-based magnetometers. Here, we study the experimental accuracy of determining the magnetic field from measured spin-resonance frequencies via solving the NV Hamiltonian. We derive exact, analytical, and fast-to-compute formulas for calculating resonance frequencies from a known magnetic-field vector, and vice versa, formulas for calculating the magnetic-field vector from measured resonance frequencies. Additionally, the accuracy of often-used approximations is assessed. Finally, we promote using the Voigt profile as a fit model to determine the linewidth of measured resonances accurately. An open-source Python package accompanies our analysis.
评论: 12页,7图
主题: 量子物理 (quant-ph) ; 数据分析、统计与概率 (physics.data-an)
引用方式: arXiv:2504.20750 [quant-ph]
  (或者 arXiv:2504.20750v2 [quant-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2504.20750
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

提交历史

来自: Dennis Lönard [查看电子邮件]
[v1] 星期二, 2025 年 4 月 29 日 13:32:09 UTC (11,436 KB)
[v2] 星期二, 2025 年 5 月 27 日 21:07:43 UTC (11,436 KB)
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