Vertical distribution of nitrogen-vacancy centers in diamond formed by ion implantation and annealing
进行蚀刻实验，其揭示通过离子注入和退火在靠近表面处产生的金刚石中的光学活性氮空位（NV）中心的垂直分布。的NV分布强烈地依赖于原生氮浓度，和中性和带负电荷的NV峰的光谱测量提供证据，在较低的氮材料中的电子耗尽效应。这些结果对于潜在的量子信息和磁力计设备是重要的，其中NV中心必须被创建在非常接近于用于耦合到光学结构的表面处。
2009-02-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Proximal nitrogen reduces the fluorescence quantum yield of nitrogen-vacancy centres in diamond
金刚石中的氮空位色心是最重要的固态量子体系之一。其应用领域包括高精度传感、量子计算、单光子通信、计量学、纳米级磁成像和生物传感。对于所有这些应用，所发射的光子的高量子产率是期望的。然而，被设计成具有高密度氮空位中心的金刚石样品显示出在单个批次内或甚至在同一样品内显著变化的亮度水平。在这里，我们表明，附近的氮杂质淬火氮空位中心通过非辐射跃迁发射，导致荧光量子产率降低。我们监测的氮空位中心合奏从合成金刚石样品与不同浓度的氮杂质的发射特性。虽然在1.81 ppm的低氮密度下，我们测得的寿命为13.9 ns，但我们观察到随着氮密度的增加，寿命大幅减少。我们测量的寿命低至4.4纳秒在氮密度为380 ppm。寿命的变化分别与相对荧光量子产率从77.4%降低至32%以及氮密度从88 ppm增加至380 ppm相匹配。这些结果将告知优化基于氮空位中心荧光的金刚石晶体器件的性能所需的条件。此外，这项工作提供了深入了解钻石和纳米钻石内的高密度氮空位合奏中观察到的不均匀性的起源。
2021-12-14 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Longitudinal spin-relaxation in nitrogen-vacancy centers in electron irradiated diamond
本文系统地测量了合成金刚石中氮空位色心（NV $^-$）基态自旋极化的纵向弛豫率（$1/T_1$）随NV $^-$浓度和磁场$B$的变化。NV $^-$中心通过用来自透射电子显微镜的200 keV电子沿[100]轴以不同剂量照射1b型单晶金刚石来产生，以获得不同NV $^-$中心浓度的斑点。测量每个点的（$1/T_1$）值作为$B$的函数。
2015-11-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Exciton-polariton mediated interaction between two nitrogen-vacancy color centers in diamond using two-dimensional transition metal dichalcogenides
本文从量子主方程出发，讨论了金刚石中两个带负电荷的氮空位色心通过激子-极化激元在金刚石晶体附近的二维过渡金属二硫族化物层中传播的相互作用。我们专注于光学1.945 eV跃迁和模型的氮空位色心作为两个层次的（人工）原子。我们发现，相互作用参数和能级重整化常数对氮空位中心到过渡金属二硫族化物层的距离非常敏感。得到了激子-极化激元谱和进入林德布拉德方程的阻尼常数的解析表达式。讨论了激子介导超辐射产生的条件。
2020-09-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Wide-Field Strain Imaging with Preferentially-Aligned Nitrogen-Vacancy Centers in Polycrystalline Diamond
我们报告宽场光学检测磁共振成像的氮空位中心（NVs）在IIa型多晶金刚石。这些研究揭示了一个异质的结晶环境，产生不同密度的NV中心，包括一些个别晶粒内的优先取向，但保留长的自旋相干时间。使用本机NV作为纳米级传感器，我们介绍了一种三维应变成像技术，具有高灵敏度（$< 10^{-5}$ Hz $^{-1/2}$）和衍射限制的分辨率在宽视场。
2016-11-03 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Depletion of nitrogen-vacancy color centers in diamond via hydrogen passivation
我们发现，由于金刚石暴露于700°C至1000°C的氢等离子体，单晶金刚石中氮空位（NV）色心的发射显著减少。在约10分钟后，在暴露表面下方观察到显著的荧光减少至至少80mm深度，并且在1100°C下真空退火后7小时后没有恢复。我们归因于荧光减少NVH中心的形成等离子体诱导的氢扩散。这些结果对量子应用中氮空位中心的形成具有重要意义，并为我们理解氮空位向NVH的转化提供了信息，同时也为氢通过本征高纯金刚石材料的长程扩散提供了第一个实验证据。
2011-08-30 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Single nitrogen vacancy centers in chemical vapor deposited diamond nanocrystals
通过化学气相沉积（CVD）生长了含有单一色心的纳米金刚石晶体。使用组合的原子力和扫描共聚焦荧光显微镜，从单个微晶的荧光与微晶尺寸直接相关。在所采用的条件下，单光学活性氮空位（NV）中心掺入的最佳尺寸为60至70 nm。研究结果突出了NV掺入对晶体尺寸的强烈依赖性，特别是对于尺寸小于50 nm的晶体。
2007-09-25 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Observation of the dynamic Jahn-Teller effect in the excited states of nitrogen-vacancy centers in diamond
从5 K到室温测量了单氮空位心的光跃迁线宽和发射偏振。结果表明，在100 K温度范围内，互激发态布居弛豫使零声子谱线展宽，并且弛豫和谱线宽度都随温度的变化而变化。这种依赖性表明，动态Jahn-Teller效应是占主导地位的失相机制的NV光学跃迁在低温下。
2009-12-17 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Photochromism in single nitrogen-vacancy defect in diamond
研究了金刚石单氮空位光学中心的光致变色现象。时间分辨光谱表明，在514 nm的强烈照射开关的氮空位缺陷的负形式。这种缺陷态在黑暗条件下弛豫回到中性形式。由光学中心的不同电荷状态发射的光子的时间关系明确地表明，氮空位缺陷占575 nm和638 nm的发射带。讨论了含氮给体光致变色的可能机理。
2005-08-12 cond-mat.mtrl-sci
Vector magnetic field microscopy using nitrogen vacancy centers in diamond
金刚石中氮空位（NV）中心的定域自旋三重态基态可用于原子尺度的局域磁场探测。在这里，我们提出了一种技术，使用这些缺陷的钻石图像磁场周围的磁性结构。我们提取的本地磁场矢量探测共振跃迁的四个固定的四面体NV方向。结合共聚焦显微镜技术，我们构建了一个局部磁场矢量的二维图像。测量是在小于50 G的外场和环境条件下进行的。
2009-12-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
200 keV energy electron irradiation of single crystal diamond: Quantification of vacancy and nitrogen-vacancy production
本文定量研究了200 keV电子辐照单晶金刚石产生的空位深度分布，发现NV中心产生并非氮限制，空位过剩时NV会转化为NV2缺陷。
2025-09-08 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Direct formation of nitrogen-vacancy centers in nitrogen doped diamond along the trajectories of swift heavy ions
本文报道了用深度分辨光致发光法测量了在生长过程中掺氮100 ppm的Ib型合成单晶金刚石中沿快重离子（SHIs）径迹形成的氮空位（NV $^-$）中心。光谱分析表明，NV $^-$中心优先形成的区域内，其中电子停止过程占主导地位，而不是在离子范围的末端，其中弹性碰撞导致形成的空位和缺陷。热退火进一步增加NV收益率照射后，优先在高空位密度的区域与SHI。沿着单个快速重离子的轨道形成的NV中心可以用提升技术分离，用于在准一维寄存器中探索色心量子位，其平均量子位间距为几纳米，沿着10至30微米长的渗滤链每微米约100个色心。
2021-03-01 cond-mat.mtrl-sci physics.acc-ph quant-ph
Optimizing the formation of depth-confined nitrogen vacancy center spin ensembles in diamond for quantum sensing
金刚石中的氮空位（NV）中心的自旋系综正在成为强大的基于自旋的传感器，用于具有高空间和时间分辨率的磁场、电场和热场成像。在这里，我们的特点形成的深度限制NV中心合奏，激活的等离子体增强化学气相沉积与氮共掺杂生长的金刚石层中的电子辐照。要做到这一点，我们利用高磁灵敏度的合奏NV中心探测他们的自旋环境作为生长和辐照参数的函数。我们设计了一个NV系综，其磁灵敏度在静态NV-NV偶极相互作用极限的两倍之内，从而展示了一个强大的量子传感平台。
2019-01-31 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Towards a Room-Temperature Spin-Photon Interface based on Nitrogen-Vacancy centers and Optomechanics
量子网络的实现涉及量子存储器和光子通道，而不需要低温技术，这将是一个重大的技术突破。氮空位中心即使在室温下也具有优异的自旋性质，但是声子诱导的加宽使得在非低温温度下将这些自旋与光子接合具有挑战性。最近的进展，在实现超高的机械品质因数的启发，我们建议，这一挑战可以克服自旋光机械转导。我们量化的界面的相干性，通过计算发射的光子的不可分辨性，并描述有前途的实验实现的路径。
2019-02-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Effects of low energy electron irradiation on formation of nitrogen-vacancy centers in single-crystal diamond
在扫描电子显微镜中暴露于低能电子束（2至30 keV）局部诱导NV中心的形成，而无需在已注入氮离子的金刚石中进行热退火。我们发现，非热，电子束诱导的NV-形成的效率比热退火低约四倍。但是与单独的热退火相比，在暴露于低能电子之后的连续热退火步骤（800 C）中的NV中心形成增加了高达1.8倍。这些观察点重建的氮空位复合物诱导的电子激发从低能量电子作为NV-中心形成机制，并确定本地电子激发作为空间控制的室温NV-中心形成的手段。
2012-04-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Theory of neutral nitrogen-vacancy center in diamond and its qubit application
金刚石中带负电荷的氮空位缺陷（NV）$^-$在量子比特和生物学应用中引起了人们的广泛关注。负电荷来自附近的氮供体，其可能限制或阻止（NV）$^-$的成功应用。在这封信中，我们明确地确定\emph{neutral}氮空位缺陷（NV $^0$）的\emph{ab initio}超晶胞计算。我们的分析表明，i）自旋态可以被\emph{selectively}光学占据，ii）电子自旋态可以被时变磁场操纵，iii）自旋态可以被光学读出。在此基础上，NVMPDMATHABMO为在金刚石中实现量子位提供了新的希望，\emph{without}需要氮施主。
2009-02-13 cond-mat.mtrl-sci
Chemical control of the charge state of nitrogen-vacancy centers in diamond
我们研究了表面终止对氮空位中心电荷状态的影响，这些氮空位中心已被离子注入金刚石表面以下几纳米。我们发现，当将表面末端从氧改变为氢时，之前稳定的NV-中心转化为NV 0，随后转化为未知的非荧光状态。发现这种效应强烈地依赖于注入剂量。电子能带结构的模拟证实了NV-在氢终止表面附近的消失。诱导p型表面导电层的能带弯曲导致靠近表面的氮空位中的电子耗尽。因此，氢表面终止为控制金刚石中氮空位中心的电荷状态提供了一种化学途径。此外，它为使用外部栅电极对电荷状态进行静电控制开辟了道路。
2010-12-15 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Efficient Conversion of Nitrogen to Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond Particles with High-Temperature Electron Irradiation
含有带负电荷的氮空位（NV $^-$）中心的荧光纳米金刚石有希望用于广泛的应用，例如用于感测、作为荧光生物标志物或用于超自旋核自旋。NV $^-$中心由金刚石晶格中的替代氮（P1中心）缺陷和空位形成。使NV的浓度最大化是最有益的，这证明了寻找具有从P1到NV $^-$的高转化率的方法是合理的。我们在这里报告了表面清洁的荧光微米和纳米金刚石的表征，通过用高能（10 MeV）电子照射商业金刚石粉末并在800°C下同时退火获得。使用这种技术并增加辐照剂量，我们证明了NV $^-$的产生，转化率高达25%。最后，我们监测辐射诱导的自旋-1缺陷的产生在微米金刚石颗粒，我们与W16和W33中心，并研究辐照剂量和颗粒尺寸对NV $^-$的相干时间的影响。
2020-07-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The nitrogen-vacancy center in diamond re-visited
对称性的考虑是用来提出一个模型的电子结构和相关的动力学的氮空位中心的金刚石。该模型解释了光致自旋极化的发生，自旋极化的发射水平的变化和瞬态发射的新测量。给出的速率常数与以前报道的速率常数有差异。
2006-06-05 cond-mat.mtrl-sci
Effect of fluorinated diamond surface on charge state of nitrogen-vacancy centers
研究了氟封端金刚石表面对浅氮空位缺陷中心带电状态的影响。氟化是实现与CF 4等离子体和表面化学确认与X-射线光电子能谱。这些合奏NV的光致发光显示，氟处理的表面导致更高的带负电荷的氮空位（NV-）人口比氧终止的表面。使用表面化学来控制NV电荷，特别是增加NV中心的密度，是朝着改善用于量子信息处理和磁性感测的NV的光学和自旋性质的重要步骤。
2013-04-04 cond-mat.mtrl-sci
Optimized Planar Microwave Antenna for Nitrogen Vacancy Center based Sensing Applications
金刚石中的单个氮空位（NV）色心是多用途的、基于自旋的量子传感器。使用在2.5和3.5 GHz之间的典型频率范围内的微波相干控制NV中心的自旋对于感测应用是必要的。在这项工作中，我们提出了一个带状线为基础的，平面，Ω形微波天线，使可靠地操纵NV自旋。我们找到了一个最佳的天线设计使用有限积分模拟。我们在低成本的透明玻璃基板上制造天线。我们在大约400 × 400 μm^2的区域内展示了高度均匀的微波场，同时在NV中心的集合中实现了高达10 MHz的高拉比频率。
2021-08-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other quant-ph
Magnetoacoustic Resonance to Probe Quadrupole-Strain Coupling in a Diamond Nitrogen-Vacancy Center as a Spin-Triplet System
考虑金刚石中氮空位（NV）中心的自旋-应变相互作用，提出了一种磁声共振理论来测量具有$C_{3v}$点群对称性的自旋-三重态中的四极-应变耦合.基于Floquet理论，我们演示了如何单和双声子跃迁几率依赖于纵向和横向四极耦合的变化，这可以通过旋转施加的磁场，围绕三重轴控制。所获得的四极动力学的结果是有用的实现机械或交流应变控制的NV自旋作为替代传统的磁控制的自旋共振。
2020-11-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Improvement of a focused ion beam fabricated diamond pillar for scanning ensemble nitrogen-vacancy magnetometry probe using an ultrapure diamond
School of Materials Science, Japan Advanced Institute of Science and Technology（日本科学技术高级学院材料科学学院）；National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)（国立产业技术综合研究所）
本文通过聚乙烯醇和Pt/Pd封端及后续紫外/臭氧处理改进FIB制备的SNVM探针，制得800nm直径探针，实现磁域结构成像，灵敏度提升至6.7μT/Hz^{1/2}。
2026-06-29 cond-mat.mtrl-sci
Hyperfine tensors of nitrogen-vacancy center in diamond from \emph{ab initio} calculations
利用\emph{ab initio}超原胞计算方法，计算并分析了金刚石中氮空位（N-V）中心基态和激发态的电荷和自旋密度分布。我们发现，超精细张量的$^{15}$ N核自旋是负的，强烈的各向异性的激发态，在以前的模型被广泛用于解释电子自旋共振测量。此外，我们还发现了由于激发而引起的自旋密度的显著重新分布，这对N-V中心的量子寄存器应用具有重要意义。
2009-05-08 cond-mat.mtrl-sci
Statistical investigations on nitrogen-vacancy center creation
实验表明，浅氮极化（<10 keV）导致带负电荷的氮空位中心（NV-）产率为0.01- 0.1%。在碳基体中引入NV中心的最成功的技术是离子注入，然后在1100 K下退火。利用分子动力学（MD）和蒙特卡罗（MC）方法研究了浅注入过程中沟道效应和统计扩散的影响。用密度泛函理论计算了扩散过程的能垒。我们的模拟结果表明，与实验相比，NV产率有显着差异。据统计，25%的注入氮在退火后形成NV中心。
2013-09-03 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Vacancy-mediated nitrogen diffusion and aggregation via high-fluence electron beam irradiation in HPHT synthesized diamond crystal
National Institute for Materials Science（物质材料研究机构）；University of Tsukuba（筑波大学）；National Institutes for Quantum Science and Technology（量子科学技术研究开发机构）；Tohoku University（东北大学）
通过室温电子束辐照和退火，研究氮掺杂HPHT金刚石中氮空位中心的形成机制，发现高注量下出现H3中心等未知缺陷，且其形成温度低于常规报道，归因于空位介导的氮扩散与聚集。
2026-09-25 cond-mat.mtrl-sci
Creating high density ensembles of nitrogen-vacancy centers in nitrogen-rich type Ib nanodiamonds
这项工作探讨了使用富氮Ib型金刚石粉末作为起始材料增加纳米金刚石中带负电荷的氮空位中心[NV-]密度的可能性。纳米金刚石（直径10 - 100 nm）通过球磨微米金刚石制备，其中中性和自动分散的氮原子[N 0]的密度通过漫反射红外傅里叶变换光谱（DRIFT）测量。对作为[N 0]函数的压碎单晶金刚石的荧光强度和寿命的系统测量表明，在100 - 200 ppm处，[NV-]随[N 0]几乎线性地增加。然而，对于具有较高[N 0]（高达390 ppm）但结晶度较差的纳米金刚石，该趋势未能继续。我们将这一结果归因于荧光猝灭的综合效应以及空位到NV-的较低转换效率，这是由于在这些生长的金刚石微晶中存在更多的杂质和缺陷。讨论了制备更亮、更小的荧光纳米金刚石（FND）的原理和实践。
2013-06-07 cond-mat.mtrl-sci
The excited state structure of the nitrogen-vacancy center in diamond
利用光学和微波双共振技术获得了金刚石中单氮空位中心的激发态结构。的激发态是一个轨道的双重态，它表明，它可以分裂和相关的过渡强度变化的外部电场和应变。提出了一个群理论模型。它给出了一个很好的帐户的意见，并有助于提高理解的电子结构的中心。这一发现对该中心的量子信息处理和其他应用具有重要意义。
2006-10-13 cond-mat.mtrl-sci
Implantation of labelled single nitrogen vacancy centers in diamond using 15N
用7 keV ~（15）N（I = 1/2）离子注入Ⅱ a型金刚石，在金刚石中产生了氮空位（NV-）色心。光学检测的磁共振被用来测量NV-中心的超精细耦合。来自注入15 N产生的15 NV-的超精细光谱可以与由天然14 N（I = 1）位点产生的14 NV-中心区分开。分析表明，40个注入的15 N原子中有1个产生了光学上可观察到的15 NV-中心。本报告最终证明了一种机制，通过该机制可以测量通过氮注入形成NV中心的产率。
2006-04-18 cond-mat.mtrl-sci
Dark defect charge dynamics in bulk chemical-vapor-deposition-grown diamonds probed via nitrogen vacancy centers
虽然化学气相沉积（CVD）是合成金刚石晶体的首选途径之一，但对生长过程中产生的点缺陷的全面了解仍然不完整。在这里，我们利用1b型CVD金刚石中氮空位（NV）中心的电荷和自旋特性来暴露光学和磁性暗点缺陷，尽管与取代氮的丰度相当（如果不大于），但迄今为止几乎未被注意到。间接检测到的光致发光光谱表明，施主态1.6电子伏特以上的价带，但缺陷的微观结构和成分仍然难以捉摸。我们的研究结果可能会证明相关的依赖CVD生长的单晶金刚石的应用程序的增长。
2020-04-14 cond-mat.mtrl-sci
All-optical dc nanotesla magnetometry using silicon vacancy fine structure in isotopically purified silicon carbide
我们揭示了同位素纯化的碳化硅（4 H- $^{28}$ SiC）中硅空位的精细结构，并在自旋哈密顿量中发现了额外的条款，起源于这个自旋3/2色心的三角锥对称性。这些条款引起额外的自旋跃迁，否则是禁止的，并导致在外部磁场的水平anticrossing。我们观察到一个急剧变化的光致发光强度在附近的这个水平的anticrossing，这可以用于一个纯粹的全光学传感的磁场。我们在室温下实现了$3 \times 10^{-7}$ mm $^{3}$的体积内87 nT Hz $^{-1/2}$的直流磁场灵敏度，并证明了这种非接触式方法在高达至少500 K的高温下是稳健的。由于我们的方法不需要应用射频场，因此可以扩展到更大的体积。对于3 mm $^{3}$的优化光捕获波导，投影噪声极限低于100 fT Hz $^{-1/2}$。
2016-05-28 cond-mat.mtrl-sci
Localized chemical switching of the charge state of nitrogen-vacancy luminescence centers in diamond
我们提出了一种用于控制半导体近表面发光中心电荷态的束引导化学技术。具体而言，我们氟化的H-终止的金刚石表面的电子束照射在NF 3蒸汽的存在下。氮空位处理作为一种局部化学开关，将氮空位发光中心的电荷状态从中性改变为负态。电子束衍射过程是高度局部化的，并且可以用于控制由电子束扫描的各个纳米金刚石和表面区域的发射光谱
2014-06-04 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Piezospectroscopy and first-principles calculations of the nitrogen-vacancy center in gallium arsenide
在掺氮或注氮的GaAs单晶中存在氮空位（NV）中心。氮的局部振动在638 cm $^{-1}$处产生尖锐的红外吸收带，由于相邻的$^{69}$ Ga和$^{71}$ Ga主体同位素的不同质量而呈现精细结构。晶体学方向的压电光谱研究<100>证明了该中心具有C $_\text{3v}$点对称性，这是弱扰动的同位素效应。应力引起的位移的一些带组件显示出一个不寻常的非线性行为，可以解释的同位素和应力分裂之间的耦合。第一性原理密度泛函理论的计算是完全符合实验和确认的C $_\text{3v}$对称性，所造成的氮原子从阴离子晶格位置向最近邻Ga平面的弛豫。GaAs中的NV中心在结构上类似于金刚石中的相同中心。$-3$的电荷状态是最稳定的几乎所有的费米能级的位置。
2018-02-06 cond-mat.mtrl-sci
Enhanced photoluminescence from single nitrogen-vacancy defects in nanodiamonds coated with metal-phenolic networks
荧光纳米金刚石在生物传感和生物标记领域引起了人们的极大关注。在这项工作中，我们展示了一个强大的方法来表面功能化的个人纳米金刚石与金属酚醛网络，增强从单氮空位（NV）中心的光致发光。我们发现，在涂层纳米金刚石中的单个NV中心也表现出较短的寿命，为高分辨率传感打开了另一个通道。我们建议纳米金刚石封装抑制NV色心的非辐射衰变途径。我们的研究结果提供了一种通用的和可评估的方法来增强纳米金刚石缺陷的光致发光，可用于各种传感和成像应用
2015-01-29 cond-mat.mtrl-sci physics.bio-ph physics.optics
