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量子物理

arXiv:2507.05366v1 (quant-ph)
[提交于 2025年7月7日 ]

标题: 纳米金刚石中氮空位中心同时确定局部磁场和传感器方向

标题: Simultaneous Determination of Local Magnetic Fields and Sensor Orientation with Nitrogen-Vacancy Centers in Nanodiamond

Authors:Yizhou Wang, Haochen Shen, Zhongyuan Liu, Yue Yu, Shengwang Du, Chong Zu, Chuanwei Zhang
摘要: 氮空位(NV)中心在纳米金刚石中已成为一种有前景的量子传感平台,用于生物医学成像应用,但单个粒子的随机取向给大规模传感器校准带来了重大挑战。 在本研究中,我们展示了一种新方法,可同时确定每个粒子的晶体学轴和周围的局部矢量磁场。 具体而言,需要至少四个不同的偏置场才能无歧义地提取方向和局部场。 我们通过两种情况实验验证了我们的方法:(1)在具有已知晶体取向的块体金刚石中作为概念验证,(2)在各种单个纳米金刚石上以模拟实际应用。 我们的工作代表了迈向充分发挥纳米金刚石在诸如原位生物医学成像和复杂环境中纳米尺度传感等高级应用潜力的重要一步。
摘要: Nitrogen-vacancy (NV) centers in nanodiamonds have emerged as a promising quantum sensing platform for biomedical imaging applications, yet random orientations of individual particles present significant challenges in large-scale sensor calibration. In this study, we demonstrate a novel approach to simultaneously determine each particle's crystallographic axes and the surrounding local vector magnetic field. Specifically, a minimum of four distinct bias fields is required to unambiguously extract both the orientation and the local field. We validate our method experimentally using NV centers in two scenarios: (1) in a bulk diamond with known crystal orientation as a proof of concept, and (2) on various single nanodiamonds to mimic real-world applications. Our work represents a crucial step towards unlocking the full potential of nanodiamonds for advanced applications such as in-situ biomedical imaging and nanoscale sensing in complex environments.
评论: 正文共8页,4图。附录共9页,4图
主题: 量子物理 (quant-ph) ; 生物物理 (physics.bio-ph)
引用方式: arXiv:2507.05366 [quant-ph]
  (或者 arXiv:2507.05366v1 [quant-ph] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2507.05366
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Yizhou Wang [查看电子邮件]
[v1] 星期一, 2025 年 7 月 7 日 18:00:14 UTC (1,776 KB)
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