Accurate Hyperfine Tensors for Solid State Quantum Applications: Case of the NV Center in Diamond
针对VASP计算金刚石NV色心弱耦合核自旋超精细参数误差可超100%的问题，本文实现替代方法，使各距离相对平均误差降至O(1%)，支撑高精度量子节点仿真与核自旋定位。
2024-05-09 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Ab initio supercell calculations on nitrogen-vacancy center in diamond: its electronic structure and hyperfine tensors
金刚石中的氮空位中心是实现量子信息中自旋量子比特概念的一个有希望的候选者。尽管这种缺陷已经被发现很久了，但它的电子结构和其他性质尚未被详细探索。本文采用密度泛函理论，在局域自旋密度近似下，利用超原胞方法研究了金刚石中氮空位中心的性质。虽然这一理论是严格适用于基态的性质，我们能够给这个缺陷的激发态的能量序列的估计。我们还计算了基态的超精细张量。结果清楚地表明：（i）自旋密度和适当的超精细常数沿平面分布，并且不均匀地分布在缺陷的核心周围;（ii）可测量的超精细常数可以在距离空位位置约7 A内找到。这些结果对电子自旋的退相干有重要的意义，而退相干对于在金刚石中实现自旋量子比特是至关重要的。
2008-03-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Using silicon-vacancy centers in diamond to probe the full strain tensor
用两种相干光谱技术探测了金刚石中硅空位中心系综（\ce{SiV-}）。两个主要的不同的家庭的\ce{SiV-}中心的识别使用多维相干光谱，这些家庭配对与两个取向组通过比较光谱从不同的线性偏振的入射激光。通过跟踪测量光谱中的峰值中心，计算激光光斑局部的全金刚石应变张量。这种测量是在样品表面上的多个点进行的，并观察到应变张量的变化。
2021-04-19 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
Rough diamond anvils: Steady microstructure, yield surface, and transformation kinetics in Zr
利用金刚石顶锤研究高压下的塑性流动和应变诱发相变，对材料和物理学具有重要意义。我们引入粗糙金刚石砧并将其应用于Zr，这会极大地改变塑性流动、微观结构和PT。获得了与压力、塑性应变和应变路径无关的多个稳定的显微组织。最大摩擦力等于剪切屈服强度。这允许确定屈服强度的压力依赖性，并证明ω-Zr在PT之后立即表现得像完全塑性的、各向同性的和应变路径无关的。确定了alpha-omega PT的记录最小压力。应变诱发相变动力学取决于塑性应变和时间。PT过程中ω-Zr中的晶粒尺寸和位错密度仅取决于ω-Zr的体积分数。
2022-08-17 cond-mat.mtrl-sci
Tensorial stress-plastic strain fields in $α$-$ω$ Zr mixture, transformation kinetics, and friction in diamond anvil cell
金刚石压砧中高压下的各种现象（相变、化学反应和摩擦）都受到应力和塑性应变张量各分量场的强烈影响。然而，它们无法衡量。即使测量的压力分布也包含显著的误差。在这里，我们建议耦合实验分析计算的方法，利用同步辐射X射线衍射，解决反问题，并找到所有这些领域和摩擦规则之前，期间和之后的$α$ - $ω$相变在强塑性预变形锆。由于先进的表征，应变诱导的$α$ - $ω$相变的最小压力从1.36 GPa变为2.7 GPa。理论预测的塑性应变控制动力学方程得到了验证和量化。所获得的结果为发展定量高压/应力科学，包括机械化学，材料合成和摩擦学提供了机会。
2022-12-26 cond-mat.mtrl-sci
Strain broadening of the 1042-nm zero-phonon line of the NV- center in diamond: a promising spectroscopic tool for defect tomography
金刚石中带负电荷的氮空位（NV-）中心在许多量子应用中是有希望的候选者。在这里，我们研究中心的红外（IR）零声子线（ZPL）的分裂和加宽。我们开发了一个模型，这些影响，占光依赖的微观缺陷分布引起的应变。我们应用这个模型来解释所观察到的变化的IR ZPL形状与温度和光激发条件。我们确定了一个异常的温度依赖性的增宽机制和缺陷以外的替代氮中心显着有助于应变增宽。前一个结论表明在中心的单重态能级存在强的Jahn-Teller效应，后者表明加宽的主要来源尚未确定。这些结论对于理解该中心和金刚石量子器件的工程设计具有重要意义。最后，我们建议，红外ZPL可用作探测微观应变场和进行缺陷层析成像的灵敏光谱工具。
2017-01-19 cond-mat.mtrl-sci
Phase-accumulating hyperfine strain sensing with rare-earth-ion phase memories
Humboldt-Universität zu Berlin（柏林洪堡大学）
该研究提出一种利用稀土离子晶体长寿命超精细相干性进行应变传感的方案，通过相位控制射频脉冲和动态去耦实现相位累积，从而测量非克莱默稀土掺杂材料中难以直接获取的基态超精细跃迁应变位移。
2026-09-28 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Unlocking high hole mobility in diamond over a wide temperature range via efficient shear strain
本研究提出沿金刚石[100]方向施加2%压缩剪切应变，通过解除价带简并、抑制电子-声子散射，在800 K时将面内空穴迁移率提升约800%。
2024-10-25 cond-mat.mtrl-sci
Stability and electronic structure of NV centers at dislocation cores in diamond
本文用密度泛函理论分析了金刚石中30个$^\circ$和90个$^\circ$部分滑移位错中位于或接近位错核的带负电荷的氮空位缺陷复合体。分析了在这种结构畸变环境中NV中心的形成能、电子态密度、结构形变、超精细结构和零场分裂参数。NV中心的形成能量在位错核心处比结晶金刚石的体积值低多达3eV。我们发现，当NV中心的轴平行于位错线取向时，在30 $^\circ$部分滑移位错的核心处的NV中心的最低能量配置被实现。这种特殊的构型具有稳定的三重态基态。它的超精细常数和零场分裂参数偏离体积NV中心的值仅3%。因此，这是沿着位错线的NV中心的线性阵列的自组装的一个有趣的候选者。
2022-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Stroboscopic X-ray Diffraction Microscopy of Dynamic Strain in Diamond Thin-film Bulk Acoustic Resonators for Quantum Control of Nitrogen Vacancy Centers
针对吉赫兹动态应变缺乏工作态成像工具的问题，本研究用频闪扫描硬X射线衍射显微术成像金刚石薄膜体声波谐振器内的声应变，结合光学测量直接测得NV自旋-应力耦合参数，提供了交流晶格应变成像新方法与NV中心基本常数测量结果。
2023-12-11 cond-mat.mtrl-sci
Phosphorus donors in highly strained silicon
本文用电检测磁共振方法研究了在硅$_{1-x}$锗$x\leq 0.3$衬底上生长的全应变硅薄膜中磷施主的超精细相互作用。对于高度应变的外延层，超精细相互作用低至0.8 mT的观察，显着低于谷再填充预测的限制。在格林函数方法中，密度泛函理论（DFT）表明，额外的减少是由单位晶胞的体积增加和P施主的Si配体的局部弛豫引起的。
2006-07-27 cond-mat.mtrl-sci
Direct measurement and modelling of internal strains in ion-implanted diamond
本文提出了一个描述离子注入金刚石单晶后质量密度和应变随深度变化的唯象模型和有限元模拟。几个实验来验证的方法：首先，注入180 keV的B离子在相对较低的注量的样品，其特征在于使用高分辨率X射线衍射（HR-XRD）;其次，注入500 keV的He离子远高于其非晶化阈值的样品的质量密度的变化，其特征在于与电子能量损失谱（EELS）。在高损伤密度下，应变和密度的实验深度分布显示出饱和效应，随着损伤的增加，损伤密度峰值向更大的深度值偏移，相对于TRIM模拟预测的深度值，这在这里提出的模型中得到了很好的解释。然后，该模型进一步验证TEM测量和模拟的厚度值相比，在不同的深度通过注入500千电子伏的He离子通过可变厚度的掩模，以模拟在不同的能量的离子的同时注入形成的掩埋的无定形碳层。
2013-03-01 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
High-precision mapping of diamond crystal strain using quantum interferometry
晶体应变变化对金刚石中固态缺陷量子比特的许多量子传感和信息应用施加了显著限制。因此，金刚石晶体应变的精确测量和控制是一个关键的挑战。在这里，我们报告了具有一组独特能力的金刚石应变测量，包括微米级空间分辨率，毫米级视场，以及比以前的工作[1]体积归一化灵敏度提高两个数量级，达到$5(2) \times 10^{-8}/\sqrt{\rm{Hz}\cdot\rm{μm}^3}$（自旋-应变耦合系数代表主要的系统不确定性）。我们利用应变敏感自旋态干涉术研究了低应变梯度单晶CVD金刚石中的氮空位色心系综。这种量子干涉技术提供了对来自电子和核自旋浴的磁场不均匀性的不敏感性，从而实现长NV系综电子自旋退相时间和增强的应变灵敏度。我们展示了应变敏感的测量协议，首先在扫描共聚焦激光显微镜，提供定量测量的灵敏度以及三维应变映射;和第二宽场成像量子金刚石显微镜（QDM）。我们的应变显微镜技术能够快速，灵敏地表征金刚石材料工程和纳米纤维;以及基于金刚石的应变传感器，如金刚石砧单元或嵌入式金刚石应力传感器，或内部应用，如由于颗粒引起的核反冲造成的晶体损伤。
2022-10-12 cond-mat.mtrl-sci hep-ex physics.app-ph
Scanning X-ray Diffraction Microscopy for Diamond Quantum Sensing
理解CVD金刚石中纳米和微米尺度的晶体应变对于金刚石量子技术的进步至关重要。特别是，这种应变的存在及其表征对基于金刚石的量子传感和信息应用以及未来的暗物质探测器提出了挑战，其中入射粒子的方向信息被编码在晶体应变中。在这里，我们利用纳米聚焦扫描X射线衍射显微镜定量测量晶体变形的缺陷，在金刚石具有高的空间和应变分辨率。结合来自多个布拉格角的信息，允许立体三维建模的应变特征的几何形状;衍射结果通过比较验证的应变张量的光学测量的基础上自旋状态相关的光谱系综的氮空位（NV）中心的金刚石。我们的研究结果表明，应变和空间分辨率足以通过X射线测量晶体应变的暗物质的定向检测，并提供了一个有前途的工具，金刚石生长分析和改进的缺陷为基础的传感。
2022-10-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph quant-ph
Selection of strain and fitting schemes for calculating higher-order elastic constants
为了更高效、稳健和精确地计算高阶弹性常数，提出了应变和拟合格式的选择准则。金刚石的三阶弹性常数（TOECs）表明，该方法比现有方法快3-5倍，并扩大了获得正确TOECs的应变范围。此外，我们的结果为以往实验中高阶效应引起的误差提供了证据，并解决了实验和几种不同理论方法之间的差异。最后给出了金刚石的TOECs推荐值。
2020-09-21 cond-mat.mtrl-sci
Coupled plastic strain- and stress-induced phase transformations and microstructure evolution in Fe-7%Mn alloy in a dynamic rotational diamond anvil cell
Iowa State University（爱荷华州立大学）；Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）；DAC Tools, LLC（DAC工具有限责任公司）；DEVCOM Army Research Laboratory（DEVCOM陆军研究实验室）
该研究在动态旋转金刚石压机中首次探讨Fe-7%Mn合金在高压下的耦合应变和应力诱导相变及微观结构演化，揭示了相变动力学与时间尺度的关系。
2026-09-11 cond-mat.mtrl-sci
Substitutional nickel impurities in diamond: decoherence-free subspaces for quantum information processing
采用广义梯度近似下的密度泛函理论研究了金刚石中中性替位式镍（Ni $_s^0$）杂质的电子和磁性.自旋为1的基态由两个具有平行自旋的电子组成，一个位于$3d^9$构型的镍离子上，另一个分布在最近邻的碳中。这些自旋之间的交换相互作用是由于$p-d$杂化，并且可以用压缩流体静力学或单轴应变控制，并且对于足够的应变，反平行自旋配置变为基态。因此，Ni杂质形成可控的双电子交换耦合系统，其应该是用于固态量子信息处理的鲁棒量子比特。
2011-12-19 cond-mat.mtrl-sci
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
Electron spin relaxation in semiconducting carbon nanotubes: the role of hyperfine interaction
基于与$^{13}$ C同位素的自旋I=1/2的无序核的超精细相互作用，发展了半导体碳纳米管中电子自旋弛豫理论.结果表明，强径向约束的电子增强了电子-核重叠，随后电子自旋弛豫（通过超精细相互作用）在碳纳米管。分析还揭示了一个不寻常的温度依赖性的纵向（自旋翻转）和横向（退相）的弛豫时间：随着温度的升高，作为一个结果的特殊性在一维结构中固有的电子态密度的松弛变得更弱。数值估计表明，这种弛豫机制相比，在散装金刚石类似的过程相对较高的效率。然而，预期的自旋弛豫时间的数量级为1秒的碳纳米管仍然比那些发现在传统的半导体结构长得多。
2006-02-17 cond-mat.mtrl-sci
Modeling the Zero-Phonon Line of Strained SnV Centers in Diamond; Including Reflections on Computational Cost and Accuracy
UHasselt（哈瑟尔特大学）；imec（微电子研究中心）
本文通过第一性原理方法研究SnV零声子线及其压力系数，发现其绝对位置受方法和超胞大小影响显著，通过稀释极限外推以与实验比较，同时强调Kohn-Sham态的重要性及电子激发等因素对位移的影响，最终指出压力系数在不同方法下均稳定为约1.4nm/GPa。
2026-04-26 cond-mat.mtrl-sci
Pressure, stress, and strain distribution in the double-stage diamond anvil cell
两种设计的双级金刚石压砧单元（DAC）已组装和测试。我们使用一个标准的对称DAC作为第一阶段和CVD微砧加工的聚焦离子束-作为第二。我们评估的压力，应力和应变分布在Au和Fe-Au样品，以及在二次砧使用同步辐射X射线衍射与微聚焦光束。最大压力为240 GPa，达到独立的第一阶段砧底尺寸。我们发现，由第二阶段砧产生的应力场是典型的传统DAC实验。达到的最大压力是有限的应变发展中的第二砧和杯状的第一阶段金刚石砧在所提出的实验设计。此外，我们的实验表明，在不牺牲第一阶段金刚石砧的情况下，可以达到几兆巴的压力。
2015-04-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.geo-ph
Microscopic imaging of elastic deformation in diamond via in-situ stress tensor sensors
在纳米尺度上精确测量机械应力具有重要的基础和技术意义。原则上，应力张量的所有六个独立变量，描述了固体中压缩/拉伸和剪切应力的方向和大小，可以用来调整或增强材料和设备的性能。然而，现有的技术来探测局部应力通常不能测量整个应力张量。在这里，我们利用金刚石（氮空位缺陷）中原子大小的原位应变传感器的集合来实现全应力张量的空间映射，具有亚微米的空间分辨率和1 MPa的量级的灵敏度（对应于小于$10^{-6}$的应变）。为了说明该技术的有效性和多功能性，我们将其应用到广泛的实验情况，包括映射由局部植入损伤，纳米压痕和划痕引起的弹性应力。此外，我们观察到令人惊讶的大应力贡献的功能电子器件上制造的金刚石，也表明与金刚石接触的材料的变形的敏感性。我们的技术可以使在各种刺激下的金刚石纳米结构的机械响应的原位测量，与基于金刚石的量子技术的应变工程和在芯片上的质谱纳米机械传感的潜在应用。
2018-12-04 cond-mat.mtrl-sci
Quantum embedding study of strain and charge induced Stark effects on the NV$^{-}$ center in diamond
本文利用量子嵌入方法研究金刚石NV⁻色心的应变与电荷诱导斯塔克效应，量化纵向和横向应变对激发态的影响，提取应变敏感性系数，并计算永久偶极和跃迁偶极。
2024-10-18 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Interplay of Mechanochemistry and Material Processes in the Graphite to Diamond Phase Transformation
众所周知，共价体系中分子内应变的表现加速了化学反应并打开了替代反应途径。对于分离分子和单分子过程，该过程被适度理解。然而，在凝聚态过程中，如相变，材料的性质和结构可能会影响典型的机械化学效应。因此，我们利用导向分子动力学在石墨中诱导出平面应变，并在恒定应变率下压缩系统以诱导相变。我们表明，平面外的应变允许相变开始在较低的压缩应变量。然而，与典型的机械化学结果相反，形成金刚石所需的压缩功和面外功的总和由于相变期间改变的缺陷形成过程而具有局部最小值。此外，这些改变的过程减慢了相变的动力学，从起始到总材料转变花费更长的时间。
2023-02-09 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Biaxial strain effects in 2D diamond formation from graphene stacks
本研究结合高压光谱实验与从头算分子动力学模拟，揭示水和衬底压缩诱导的双轴应变可使少层石墨烯在约7.0 GPa下形成sp3二维金刚石结构。
2024-05-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The morphology and temperature dependent tensile properties of diamond nanothreads
最近成功合成的一维sp3金刚石纳米线（NTH）极大地增加了碳社区的兴趣。原则上，可以存在不同的稳定NTH结构。本文采用分子动力学模拟研究了三种典型NTH的力学行为。据发现，NTH的机械性能可以显着变化，由于形态的差异，这被认为是源于由其结构所确定的不同的应力分布。进一步的研究表明，温度对NTH的力学性能有显著的影响。具体而言，失效强度/应变随温度升高而降低，并且有效杨氏模量似乎与温度无关。断裂强度/应变的显著降低被认为是由于增加的键重排过程和高温下的自由横向振动。另外，NTH被发现具有相对高的弯曲刚度，并且表现得更像柔性弹性杆。这项研究突出了结构-性能关系的重要性，并提供了不同NTH的拉伸行为的基本理解，这应该阐明基于NTH的纳米结构作为应变传感器和机械连接器的设计和应用。
2018-03-17 cond-mat.mtrl-sci
Robust diamond-like Fe-Si network in the zero-strain NaxFeSiO4 Cathode
正硅酸钠Na 2 MSiO 4（M表示过渡金属）由于每个分子式单元可以交换两个电子而引起了人们的广泛关注。在这项工作中，我们报道了一组正硅酸铁钠Na_2FeSiO_4，其晶体结构的特点是由一个钻石状的Fe-Si网络。Fe-Si网络对充电/放电过程相当稳健，这解释了实验中观察到的高结构稳定性。采用密度泛函理论在GGA+U框架下，结合X射线衍射研究，系统地研究了钠离子插入/脱嵌过程中的晶体结构和结构稳定性.计算的平均脱嵌电压与实验结果吻合较好。
2015-12-10 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Rules of plastic strain-induced phase transformations and nanostructure evolution under high-pressure and severe plastic flow
该研究利用粗糙金刚石压砧强化高压塑性流动，发现Zr在α-ω相变中晶粒尺寸和位错密度仅由ω-Zr体积分数决定，并将相变最低压力降至创纪录的0.67 GPa，同时揭示其动力学具有时间依赖性。
2023-05-25 cond-mat.mtrl-sci
Impact of strain and dark states on spectroscopic measurements of silicon-vacancy centers in diamond
San José State University（圣何塞州立大学）；The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；University of Michigan（密歇根大学）
本文针对金刚石中SiV⁻中心的光谱测量问题，开发计算模型模拟MDCS实验，揭示应变随机分布及高应变中心与光发射解耦的特性，为其量子传感器应用提供依据。
2026-08-12 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Magneto-optical properties of Group-IV--vacancy centers in diamond upon hydrostatic pressure
HUN-REN Wigner Research Centre for Physics（匈牙利科学院维格纳物理研究中心）；Eötvös Loránd University（罗兰大学）；Center for Physical Sciences and Technology (FTMC)（立陶宛物理与工程技术中心）；Budapest University of Technology and Economics（布达佩斯技术与经济大学）；MTA-WFK Lendület ”Momentum” Semiconductor Nanostructures Research Group（匈牙利科学院WFK lendulet “动量”半导体纳米结构研究组）
本研究探讨了金刚石中IV族-空位缺陷在高压下的磁光性质，揭示了压力对自旋轨道分裂、超精细张量及相干时间的影响。
2025-10-01 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Time-averaging within the excited state of the nitrogen-vacancy centre in diamond
测量了含氮空位金刚石样品在不同温度下发射强度随磁场方向的变化<111>。在低温下的响应是样品和应力依赖的，并且可以根据先前对应变依赖的3E激发态精细结构的理解来建模。在室温下的响应在很大程度上是样品和应力独立的，和建模涉及调用一个应变独立的激发态与一个单一的零场分裂为1.42 GHz。行为的变化归因于在激发态轨道二重态的组件的温度依赖的平均过程。它使轨道和自旋分裂，并且在高温下自旋能级变得独立于任何轨道分裂。因此，模型可以被调和，低温和高温的参数被证明是一致的。
2009-02-17 cond-mat.mtrl-sci
Strain Effects in a Directly Bonded Diamond-on-Insulator Substrate
针对直接键合DOI衬底的界面应变问题，本文利用NV中心的ODMR与PL映射表征应变分布和键合缺陷，发现应变分量升高但发射体光学性能未明显劣化。
2025-07-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph quant-ph
Magneto-optical properties of the neutral silicon-vacancy center in diamond under extreme isotropic strain fields
Wigner Research Centre for Physics（维格纳物理研究中心）；Eötvös Loránd University（罗兰大学）；Budapest University of Technology and Economics, Institute of Physics, Department of Atomics Physics（布达佩斯技术与经济大学物理学院原子物理系）
研究了金刚石中性硅空位中心在极端各向同性应变下的磁光性质，发现其自旋轨道分裂和振动能隙变化，表明其作为对称性保护的应变可调量子发射体的潜力。
2026-02-11 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
The impact of strain on the GeV-color center in diamond
该研究采用密度泛函理论探究静水和线性应变对不同浓度金刚石中GeV⁰色心零声子线的影响，揭示两种应变的位移差异及峰展宽效应，计算结果与实验观测量级相当。
2025-01-16 cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Theory of the ground state spin of the NV- center in diamond: II. Spin solutions, time-evolution, relaxation and inhomogeneous dephasing
金刚石中带负电荷的氮空位中心的基态自旋在量子精密测量和固态量子信息处理中有许多令人兴奋的应用，包括磁力测量、电学测量、量子存储和量子光网络。这些应用中的每一个都涉及自旋与电场、磁场和应变场的相互作用，然而，迄今为止，还没有自旋与这些场相互作用的详细模型，也没有理解这些场如何影响自旋的时间演化及其弛豫和非均匀退相。本文首次给出了任意给定电磁应变场组态下自旋的一般解，并考察了场对自旋演化的影响。因此，这项工作提供了必要的理论工具，精确控制和建模这种显着的自旋在其当前和未来的应用。
2011-11-25 cond-mat.mtrl-sci
Reducing dislocation defect levels via sub-melt nanosecond pulsed-laser induced densification of diamond
Diamond Quanta；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）
研究通过纳秒脉冲激光退火技术改善合成金刚石表面缺陷，减少位错相关应变，提升材料性能。
2025-12-09 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Equation of State, Stability, Anisotropy and Nonlinear Elasticity of Diamond-Cubic (ZB) Silicon by Phonon Imaging at High Pressure
金刚石砧盒中的实验声子成像被证明是一个足够的工具，以提取完整的一套弹性常数的单晶硅的ZB $\rightarrow β-$ Sn转变（10 GPa）。与通常所承认的相反，我们证明了应变能量密度的发展不能停止，对于硅，在包含三阶弹性常数的条款。非线性弹性，各向异性和压力引起的力学稳定性的立方硅结构的程度，从而重新审视和研究更详细。
2010-07-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
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
Microwave-based quantum control and coherence protection of tin-vacancy spin qubits in a strain-tuned diamond membrane heterostructure
针对金刚石锡空位中心（SnV）自旋缺乏高效微波控制、高温下相干性退化的问题，研究人员利用均匀应变金刚石膜的轨道混合效应，实现了高保真微波自旋控制与毫秒级相干保护，4K下相干时间显著提升且光学相干性不受温度影响，为量子技术提供了理想自旋-光子界面平台。
2023-10-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Density-functional theory study of the interaction between NV$^{-}$ centers and native defects in diamond
本研究结合量子嵌入结果与密度泛函理论计算，量化了金刚石本征缺陷对NV$^{-}$色心的应变及电场影响范围，并提出通过测量多个邻近NV$^{-}$色心判定缺陷类型与电荷态的方法。
2025-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Behaviour of a muonic atom as an acceptor centre in diamond
利用极化负μ子研究了化学气相沉积（CVD）法合成金刚石中硼受主中心的行为。负μ介子取代碳原子中的一个电子，这个μ原子模仿金刚石中的硼受体杂质。在20 - 330 K的温度范围内，在14 kOe的横向磁场中测量了μ子自旋弛豫速率和自旋进动频率的温度依赖性。第一次在金刚石中观察到μ子自旋进动的负移。这是一个各向异性的超精细相互作用的硼受体初步归因于。磁性测试表明，CVD样品的磁化率接近于最纯净的天然金刚石。
2013-05-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Photoluminescence excitation and spectral hole burning spectroscopy of silicon vacancy centers in diamond
金刚石中的硅空位（SiV）中心由于其明亮的单光子发射和光学可及的自旋态而在量子信息应用中具有广阔的应用前景。此外，低应变金刚石中的SiV中心对介电环境的扰动不敏感，即它们显示出非常弱的光谱扩散。这种特性使得SiV中心的集合对于传感应用是有趣的。我们在这里报告的光致发光激发（PLE）光谱上的SiV合奏在低应变，CVD生长的高品质金刚石层，在那里我们测量的精细结构与高分辨率，并获得线宽和分裂的SiV中心。我们研究了精细结构峰的宽度和位置的温度依赖性。我们的测量揭示了约10 GHz的线宽相比，寿命有限的宽度为0.1 GHz的顺序。这种差异是由残余应变引起的跃迁的不均匀加宽引起的。为了克服不均匀加宽，我们使用光谱烧孔光谱，使我们能够测量一个几乎寿命有限的均匀线宽为279 MHz。此外，我们证明了在系统中的相干相互作用的证据，通过驱动一个$Λ$ -计划。对离子注入产生的单发射体的额外测量证实了光谱烧孔实验中看到的均匀线宽，并将基态分裂与退相干速率联系起来。
2016-03-14 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Full stress tensor measurement using colour centres in diamond
应力和应变是决定材料的机械、电子和光学性质的重要因素，它们通过材料的弹性或刚度相互关联。两者都由二阶场张量表示，一般来说，有六个独立的分量。这些量的测量通常通过测量取决于晶格的平移对称性和周期性的性质来实现，例如使用拉曼光谱的光学声子能量，使用阴极发光的电子带隙，通过光学双折射的光弹性，或电子背散射衍射（EBSD）。因此，在测量的最大灵敏度和空间分辨率之间存在倒数关系。此外，在这些技术中，只有EBSD和离轴拉曼光谱允许测量应力张量的所有六个分量，但都不能提供完整的3D图。在这里，我们展示了一种方法，用于测量金刚石中的全应力张量，使用光谱和光学偏振特性的光致发光从个别氮空位（NV）色心。我们证明了10 MPa量级的灵敏度，受样品中局部应力波动的限制，对应的应变约为10^-5，与其他技术提供的最佳灵敏度相当。通过使用色心作为内置的局部传感器，该技术克服了空间分辨率和灵敏度之间的相互关系，并提供了在10 nm量级的空间分辨率下测量小至10^-9的应变的可能性。此外，它提供了一个简单的路线体积应力映射。除了在理解金刚石中的应变分布方面的价值外，这种新的应力和应变测量方法还可以适用于微米或纳米级传感器。
2011-10-17 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
High-resolution spectroscopy of Pr3+ions in YAl3(BO3)4:Pr3+. Crystal-field, hyperfine,and electron-deformation interactions
Kazan Federal University（喀山联邦大学）；Institute of Spectroscopy, Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院光谱研究所）；Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University)（莫斯科物理技术学院（国立研究型大学））；Beijing Institute of Technology (BIT)（北京理工大学）；University of Parma（帕尔马大学）
研究了YAl3(BO3)4:Pr3+中Pr3+离子的高分辨率光谱特性，通过晶场、超精细和电子变形相互作用分析晶场参数及随机应变来源。
2026-02-06 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Detection and control of single proton spins in a thin layer of diamond grown by chemical vapor deposition
我们报道了利用金刚石中氮空位中心的电子自旋作为量子传感器来探测和相干控制单个质子核自旋。除了通过采用多脉冲序列确定NV-质子超精细参数外，我们还对单质子自旋进行了相干旋转，并检测到了诱导的自由进动。自由感应衰变的观测是高分辨质子核磁共振的重要组成部分，本文将其扩展到原子尺度。我们还讨论了质子的起源，在化学气相沉积生长过程中，这提供了一个机会，使用金刚石中的质子作为内置的量子存储器耦合的NV中心。
2020-09-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
High-resolution luminescence spectroscopy of CaWO$_4$:Ho$^{3+}$: Sensitive detection of internal strains, temperature, and magnetic field
Institute of Spectroscopy, Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院光谱研究所）；Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University)（莫斯科物理技术学院（国立大学））；Prokhorov General Physics Institute of the Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院普尔霍夫普通物理研究所）；Kazan Federal University（喀山联邦大学）
该研究利用CaWO4:Ho³+的高分辨率发光光谱，实现了对内部应变、温度和磁场的灵敏检测，并提出了一种低温温度计。
2025-08-12 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Theory of Field-Angle-Resolved Magnetoacoustic Resonance in Spin-Triplet Systems for Application to Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond
本文基于 Floquet 理论研究 NV 中心自旋三重态与振荡应变场的磁声共振，揭示磁场角度调控的双声子跃迁及自旋—应变耦合探测方法。
2024-09-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
\emph{Ab initio} study of (100) diamond surface spins
本研究通过密度泛函理论从头算，提出(100)金刚石表面台阶边缘的(111)晶面可稳定自旋缺陷，并揭示退火湮灭机制，为表面核自旋传感提供理论方案。
2023-06-22 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Biaxial strain effect of spin dependent tunneling in MgO magnetic tunnel junctions
研究了应变对类金刚石薄膜诱导的磁性隧道结的影响。结电阻和隧道磁电阻（TMR）随着DLC膜的减小而减小。非平衡格林函数量子输运计算表明，双轴应变的应用增加了电导的平行和反平行配置。然而，少数沟道和反平行结构的电导对应变明显更敏感，这大大增加了通过MgO隧道势垒的透射率，因此，TMR比随着双轴应变而降低。
2012-08-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Hidden Silicon-Vacancy Centers in Diamond
利用共线光学多维相干光谱技术对金刚石中的高密度负电荷硅空位（SiV $^-$）中心样品进行了表征。通过比较互补信号检测方案的结果，我们确定了一个隐藏的人口的\ce{SiV^-}中心，通常不观察到的光致发光，并表现出显着的光谱不均匀性和延长的电子$T_2$时间。这种现象可能是由应变引起的，表明了一种控制基于色心的量子器件中的电相干性的潜在机制。
2021-05-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph quant-ph
Single SiV$^-$ centers in low-strain nanodiamonds with bulk-like spectral properties and nano-manipulation capabilities
我们报告在纳米金刚石中的单个SiV $^-$中心的分离。我们观察到单个SiV $^-$中心的精细结构，在共振激发下具有改善的激发态分裂下的非均匀系综线宽、稳定的光学跃迁、良好的偏振对比度和优异的光谱稳定性。基于我们的实验结果，我们阐述了一个解析应变模型，我们提取的激发态和基态的应变系数之间的比率，以及内在的零应变自旋轨道分裂。所观察到的应变值低至低应变块状金刚石中的最佳值。我们实现了我们的结果，通过H-等离子体处理的金刚石表面，并结合共振和非共振激发。我们的工作为无差别的单光子发射铺平了道路。此外，我们展示了通过原子力显微镜悬臂的1D和2D对齐的控制纳米操作，迄今为止未达到的精度约为10 nm，以及新的工具，包括偶极旋转和簇分解。结合，我们的研究结果表明，利用SiV $^-$中心的纳米金刚石的控制接口通过光学耦合的个别隔离良好的原子自下而上组装的复杂的量子系统的潜力。
2018-11-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
