Magnetometro vettoriale portatile a diamante NV, limitato dal rumore di conteggio e senza deriva, per il funzionamento in ambienti non schermati

Abstract degli autori

I magnetometri a diamante basati su ensemble di centri azoto-vacanza (NV) combinano un’elevata sensibilità con la ricostruzione del campo vettoriale, ma la loro applicazione pratica è limitata dagli errori dovuti al rumore laser ad alta frequenza durante operazioni di breve durata e alle fluttuazioni lente del guadagno e alla deriva dell’offset durante il funzionamento a lungo termine. Presentiamo un’architettura digitale integrata per ottenere stabilità nella magnetometria NV su diverse scale temporali. Una lettura differenziale dinamica bilancia continuamente i canali di fluorescenza e di riferimento per sopprimere il rumore laser correlato. Il tracciamento della forma lorentziana della derivata seconda consente la correzione in situ delle variazioni di pendenza dovute ai lenti cambiamenti del guadagno e dell’eccitazione ottica. Identifichiamo inoltre le fluttuazioni del magnete di polarizzazione indotte dalla temperatura come una fonte dominante di deriva a lungo termine e introduciamo una trasformazione basata sugli autovettori magnetici che sfrutta la risposta intrinseca delle risonanze NV per eliminare queste variazioni. Mostriamo che, in condizioni ambientali non schermate, questa architettura raggiunge un fattore di rumore fuori risonanza pari a 1.0 $\pm$ 0.1, in linea con il limite fondamentale, con una soppressione di dieci volte della deriva a lungo termine, rendendo possibile una magnetometria quantistica stabile e pronta per l’impiego sul campo.