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Nuclear spin assisted magnetic field angle sensing

机译：核自旋辅助磁场角度传感

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Quantum sensing exploits the strong sensitivity of quantum systems to measure small external signals. The nitrogen-vacancy (NV) center in diamond is one of the most promising platforms for real-world quantum sensing applications, predominantly used as a magnetometer. However, its magnetic field sensitivity vanishes when a bias magnetic field acts perpendicular to the NV axis. Here, we introduce a different sensing strategy assisted by the nitrogen nuclear spin that uses the entanglement between the electron and nuclear spins to restore the magnetic field sensitivity. This, in turn, allows us to detect small changes in the magnetic field angle relative to the NV axis. Furthermore, based on the same underlying principle, we show that the NV coupling strength to magnetic noise, and hence its coherence time, exhibits a strong asymmetric angle dependence. This allows us to uncover the directional properties of the local magnetic environment and to realize maximal decoupling from anisotropic noise.
机译：量子传感利用量子系统测量小外部信号的强敏感性。钻石中的氮空位（NV）中心是真实世界量子传感应用中最有前途的平台之一，主要用作磁力计。然而，当偏置磁场垂直于NV轴时，其磁场敏感性消失。这里，我们介绍了由氮核旋转辅助的不同的传感策略，该策略使用电子和核旋转之间的缠结来恢复磁场灵敏度。这反过来又允许我们检测相对于NV轴的磁场角的小变化。此外，基于相同的基础原理，我们表明NV耦合强度对磁噪声，因此其相干时间呈现出强不对称的角度依赖性。这使我们能够揭示局部磁环境的定向性质，并实现各向异性噪声的最大解耦。

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