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
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
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
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
An \emph{ab initio} study on split silicon-vacancy defect in diamond: electronic structure and related properties
金刚石中的分裂硅空位缺陷（SiV）是一种具有电活性和光学活性的色心。最近，它已被证明，这个色心是明亮的，可以检测到在单一的缺陷水平。此外，SiV缺陷显示出非零电子自旋基态，这可能使该缺陷成为除了众所周知的金刚石中的氮空位色心之外的量子光学和计量应用的替代候选者。然而，缺陷的电子结构，光激发的性质和其他相关性质还没有得到很好的理解。在这里，我们提出了先进的\emph{ab initio}研究金刚石中的SiV缺陷。我们确定了缺陷的形成能、电荷跃迁能级和激发态的性质。我们的研究解开了与1.68 eV光致发光中心相关的带负电荷的SiV缺陷的黑暗或搁置状态的起源。
2013-10-14 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
Doubly-charged silicon vacancy center, photochromism, and Si-N complexes in co-doped diamond
我们报告的第一个实验观察到的双电荷缺陷的金刚石，SiV 2-，在硅和氮共掺杂的样品。我们测量光谱特征，我们属性的替代硅在金刚石中，并确定一个硅空位复杂的装饰与最近邻的氮，SiVN，理论计算的支持。含有硅和氮的样品被证明是严重的光致变色，由于SiV 0/-的损失和光学惰性SiV 2-的增益，占主导地位的可见光变化。
2020-02-05 cond-mat.mtrl-sci
Raman spectroscopic features of the neutral vacancy in diamond from ab initio quantum-mechanical calculations
采用量子力学从头计算方法研究了金刚石中一种常见的辐照缺陷--中性空位的振动光谱特性。拉曼光谱的计算分析通过耦合微扰Hartree-Fock/Kohn-Sham方法作为两个不同的缺陷自旋状态和缺陷浓度的函数。位于400-1300 cm-1光谱范围内，即低于原始金刚石在1332 cm-1处的一阶线的缺陷金刚石的实验拉曼特征被很好地再现，从而证实了在低损伤密度下，该光谱区域主要受非石墨sp3缺陷影响的图片。没有发现高于1332 cm-1的峰，因此排除了先前对中性空位的不同光谱特征（在1450和1490 cm-1处）的尝试性分配。引入的空位的缺陷晶格中的碳原子的热核运动的扰动进行了讨论的原子各向异性位移参数（ADP），计算从收敛的晶格动力学计算。
2016-08-26 cond-mat.mtrl-sci
Splitting of photo-luminescent emission from nitrogen-vacancy centers in diamond induced by ion-damage-induced stress
本文系统地研究了应变工程诱导的单晶金刚石中负电荷氮空位（NV-）光致发光光谱分裂。应力场产生于MeV离子诱导的金刚石向感兴趣的中心附近的区域中的非晶和石墨材料的转换。在HPHT金刚石的低氮扇区中，NV-发射中的清楚可区分的光谱分量在4.8 THz的范围内发展，对应于以微米空间分辨率映射的子集合的不同对准。该方法为系综量子信息协议提供了创建和选择对齐NV中心的机会。
2013-02-11 cond-mat.mtrl-sci
Resonant addressing and manipulation of silicon vacancy qubits in silicon carbide
固态的几个系统已经被认为是基于自旋的量子信息处理的有希望的候选者。尽管在过去十年中取得了重大进展，但人们仍在寻找具有更高潜力的新系统[D]。Dienzo，Nature Mat. 9，468（2010）]。碳化硅中的硅空位缺陷包含了半导体量子点的技术优势和金刚石中氮空位缺陷的独特自旋特性。与原子类似，硅空位量子比特可以在双无线电-光学共振条件下控制，允许它们的选择性寻址和操纵。此外，我们还利用脉冲磁共振技术揭示了它们的长自旋记忆。所有这些结果使得碳化硅中的硅空位缺陷在量子应用中非常有吸引力。
2012-10-01 cond-mat.mtrl-sci
Optically addressable silicon vacancy-related spin centers in rhombic silicon carbide with high breakdown characteristics and ENDOR evidence of their structure
我们发现碳化硅中的单轴取向中心具有不寻常的性能。在这里，我们证明了在菱形15 R-SiC晶体基质中具有$S= 3/2$的硅空位相关中心家族具有独特的特性，例如在高达250 $^\circ$ C的温度下存在的ODMR对比度和光学自旋对准。因此，具有半整数基自旋态的光学可寻址硅空位相关中心的概念被扩展到广泛的SiC菱形多型体。这些中心的结构，这是量子应用的一个基本问题，已经建立了使用高频ENDOR。研究表明，一类硅空位相关中心是一个带负电荷的顺磁态硅空位，自旋为$S= 3/2$，V $_\textrm{Si}^-$，受非顺磁态中性碳空位的扰动，V $_\textrm{C}^0$与硅空位没有共价键，在c晶轴上与硅空位相邻.
2015-06-18 cond-mat.mtrl-sci
Calculation ofthe transitions and migration of nitrogen and vacancy related defects,with implications on the formation of NV centers in bulk diamond
用屏蔽非局域杂化密度泛函超原胞平面波方法计算了金刚石中置换氮（Ns）、空位（V）和相关点缺陷（NV、NVH、N2、N2V和V2）的形成能、激发能以及电荷跃迁能级。此外，还计算了V和NV的扩散激活能，对已有的数据进行了理论和实验的比较，发现理论和实验符合得很好，并对缺失的数据进行了预测。基于这些缺陷的计算性质，带负电荷的氮空位中心的形成进行了研究，这是一个突出的候选应用在量子信息处理和纳米传感器。我们发现，NV缺陷的浓度是有限的天然金刚石由于相对较高的形成能量的NV。我们的研究结果表明，NV缺陷主要形成在退火的早期阶段，在N掺杂和辐照的金刚石。我们发现，具有多个受主态的两性双空位缺陷对辐照金刚石样品中NV的电荷状态和光稳定性有显著影响。
2013-11-26 cond-mat.mtrl-sci
A Germanium-Vacancy Single Photon Source in Diamond
金刚石色心是量子密码学和量子信息处理的理想固体平台。对于这些应用，需要具有高强度和可再现制造方法的单光子源。在这里，我们报告了一种新的色心，由锗（Ge）和空位（V）组成，并命名为GeV中心，它具有尖锐和强烈的光致发光带，在室温下在602 nm处的零声子线。我们证明了这个新的色心作为一个单一的光子源。离子注入和化学气相沉积技术都可以在金刚石中制造GeV中心。第一性原理计算揭示了GeV中心的原子晶体结构和能级。
2015-03-17 cond-mat.mtrl-sci
Identification of Si-vacancy related room temperature qubits in 4H silicon carbide
作为量子比特的点缺陷的微观结构的识别是量子信息处理和传感技术发展的关键步骤。在众多的候选者中，碳化硅（SiC）中的硅空位相关中心由于其特殊的自旋3/2基态和激发态而显示出显著的性质。虽然这些中心在几十年前就被观察到了，但仍然有两种竞争的模型，孤立的带负电荷的硅空位和带负电荷的硅空位与中性碳空位的复合物[Phys. Rev. Lett.\ \textbf{115}，247602（2015）]中所述。通过高精度的第一性原理计算和高分辨率的电子自旋共振测量，我们在这里明确地确定了六角SiC中与Si空位相关的量子比特是孤立的带负电荷的硅空位。此外，我们确定了硅空位量子位配置，提供室温光学读出。
2017-10-13 cond-mat.mtrl-sci
Atomistic mechanism of perfect alignment of nitrogen-vacancy centers in diamond
金刚石中的氮空位（NV）中心由于其在信息处理和电磁传感技术中的潜在应用而引起了人们的广泛关注。我们研究了C（111）衬底[111]方向NV缺陷的理论产生机制。我们发现，N是纳入在C双层在横向生长过程中所产生的一个序列的扭结传播沿台阶边缘下降到[-1，-1，2]。结果，形成了N原子孤对指向[111]方向的原子构型，这导致了NVs的优先取向。我们的模型是一致的，最近的实验数据，在C（111）衬底完美的NV排列。
2014-09-09 cond-mat.mtrl-sci
Charge state dynamics of the nitrogen vacancy center in diamond under 1064 nm laser excitation
金刚石中氮空位（NV）中心的电子物理和电荷态动力学已经被广泛研究，但仍然没有完全理解。与以前的工作相比，我们发现，NV $^{0}$转换为NV $^{-}$低功率近红外（1064 nm）光激发下，导致在$increased$光致发光从NV $^{-}$状态。我们使用了光谱和时间分辨的光致发光实验和速率方程模型的组合，得出的结论是，NV $^{0}$转换为NV $^{-}$通过从金刚石的价带吸收1064 nm的光子。我们报告了在低功率1064 nm激光激发下NV中心的$both$电荷态的光致发光的快速猝灭和恢复，这是以前从未观察到的。我们还发现，使用光学检测的磁共振实验，介导的1064 nm激光的电荷转移过程是自旋相关的。
2016-04-06 cond-mat.mtrl-sci
Investigation of oxygen-vacancy complexes in diamond by means of \textit{ab initio} calculations
本文通过第一性原理密度泛函理论计算系统研究了金刚石中的氧-空位复合物，发现其高自旋基态排除了作为ST1色心起源的可能性，并表征了一种高自旋亚稳态复合物的磁光性质以供未来实验识别。
2023-04-27 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Electrical excitation of silicon-vacancy centers in single crystal diamond
研究了金刚石单晶中带负电荷的硅空位（SiV）中心的电驱动发光。使用离子注入到p-i-n单晶金刚石二极管的本征（i）区域中来产生SiV中心。电致发光和光致发光信号都表现出归因于（SiV）-中心的典型发射。在正向和反向偏置PL测量下，没有观察到来自中性（SiV）0缺陷的信号。电驱动（SiV）发射的实现是有希望的可扩展的纳米光子器件采用单晶金刚石中的色心。
2015-03-16 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
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
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
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
Charge State Dynamics and Optically Detected Electron Spin Resonance Contrast of Shallow Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond
金刚石中的氮空位（NV）中心可用于具有原子分辨率和灵敏度的纳米级传感;然而，已经观察到它们的性质随着它们接近金刚石表面而降低。在这里，我们报告说，除了退化的自旋相干性，NV中心在纳米的表面也可以表现出降低的荧光对比度的光学检测电子自旋共振（OD-ESR）。我们证明，这种降低的OD-ESR对比度来自NV中心的电荷态动力学，并且它具有强烈的表面依赖性，这表明表面工程对于基于金刚石色心的纳米级传感应用至关重要。
2020-05-05 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Single photon emission from silicon-vacancy centres in CVD-nano-diamonds on iridium
我们介绍了一种通过微波等离子体辅助CVD生长在铱上制备高质量、空间隔离的纳米金刚石的方法。我们进行光谱的单硅空位（SiV）的纳米金刚石生长过程中产生的中心。该色心在室温下具有非常窄的零声子谱线，其波长可达0.7 nm。饱和时的单光子计数率高达4.8 Mcps，使这些SiV中心成为迄今为止最亮的基于金刚石的单光子源。我们首次测量了单个SiV中心的精细结构，从而证实了所研究的色心的原子组成。
2010-11-26 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Neutral Silicon Vacancy Centers in Diamond via Photoactivated Itinerant Carriers
本文提出利用光激活 itinerant 载流子稳定金刚石中的中性硅空位中心，无需费米能级工程，实现高效稳定化并支持共振激发和磁共振检测，为按需生成量子缺陷开辟新途径。
2022-09-19 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Spectroscopic Signatures of Electron-Phonon Coupling in Silicon-Vacancy Centers in Diamond
金刚石中的空位中心已被证明是量子相干光电子应用的可行的固态平台。在众多的空位中心中，硅空位（SiV）中心作为一种不太受电子-声子相互作用影响的反转对称系统最近引起了人们的广泛关注。尽管如此，声子介导的过程仍然降低了SiV中心的相干特性，然而，由于其微弱的光谱特征，表征它们的电子-声子耦合是极具挑战性的，并且仍然是一个开放的实验问题。在本文中，我们从理论上研究了电子-声子耦合的签名在模拟的线性和非线性光谱的SiV中心。我们演示了如何即使是非常弱的电子-声子相互作用，如在SiV中心，可以完全通过非线性光谱技术的特点，甚至解决不同的精细结构之间的过渡。
2020-03-02 cond-mat.mes-hall 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
Spin polarized diamond neutral vacancy
在密度泛函理论框架下，采用电子-离子相互作用的原子轨道基和原子赝势，计算了具有中性空位的C_（70）H_（84）自旋极化金刚石团簇。已发现的带隙为1.70 eV。所选择的团簇包括取决于其自旋类型的电子性质。它可以用作数据传输器。计算的带隙，态密度和自旋性质说明了它在自旋电子器件中的好处。
2012-02-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
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
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
All-optical control of the silicon-vacancy spin in diamond at millikelvin temperatures
金刚石中的硅空位中心由于其良好的光学性质和光学可寻址的电子自旋，在量子光子学中提供了有吸引力的机会。在这里，我们结合两者来实现其自旋态的全光相干控制。我们利用这种方法来探索自旋退相效应在杂质丰富的样品超出声子诱导的退相干的限制：采用拉姆齐和哈恩回波技术在12 mK的基础温度，我们确定共振耦合取代氮自旋浴作为限制退相干源的电子自旋。
2017-08-28 cond-mat.mtrl-sci 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
Single crystal diamond membranes containing germanium vacancy color centers
单晶金刚石膜的主机光学活性发射极是高度有吸引力的组件集成量子纳米光子学。在这项工作中，我们展示了自下而上的合成单晶金刚石膜含有锗空位（GeV）的色心。我们采用剥离技术来生成膜，并在氧化锗的存在下进行化学气相沉积，以实现原位掺杂。最后，我们表明，这些膜是适合工程的光子谐振器，如微腔的品质因数为1500。工程单晶金刚石膜含有新兴的色心的鲁棒性和可扩展的方法是一个有前途的途径，实现金刚石集成量子纳米光子电路的芯片上。
2018-04-06 cond-mat.mtrl-sci physics.optics 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
The Group-IV-Vacancy Color Center in Diamond
该研究回顾并完善了金刚石中第IV族空位（XV）色心的理论模型，涵盖内禀与外场多类相互作用，基于模型预测性质、解释实验并提出后续方向，为XV体系调控及量子信息处理应用奠基。
2025-10-06 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Indistinguishable photons from separated silicon-vacancy centers in diamond
我们证明了金刚石中的硅空位（SiV）中心可以有效地产生具有优异光谱特性的相干光子。我们证明了这些特性是由于SiV中心的反转对称性，并在HOM干涉实验中演示了从不同的发射体产生不可分辨的单光子，讨论了利用SiV中心实现高效量子网络节点的前景.
2014-07-01 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
AC sensing using nitrogen vacancy centers in a diamond anvil cell up to 6 GPa
金刚石中的氮空位色心作为静态和动态磁场、电场、应变和热场的量子传感器引起了广泛的关注，特别是在金刚石压砧单元中的压力下的量子传感方面具有吸引力。基于光学的核磁共振在大于几个GPa的压力下是可能的，并且提供了对传统的基于法拉第感应的检测的有吸引力的替代方案。在这里，我们提出了交流传感的结果，并证明同步读出高达6 GPa，但发现，由于样品空间内的微波场和压力的不均匀性的灵敏度降低。这些实验使在高压下的纳升样品体积的全光学高分辨率磁共振的可能性。
2021-10-12 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
Silicon-vacancy color centers in phosphorus-doped diamond
掺杂磷（n型）金刚石中色心的受控产生可以促进量子光子器件的电子集成，例如在电注入时操作的单光子源。硅空位（SiV）色心是很有前途的候选者，但迄今为止，在磷掺杂金刚石单光子发射的条件还没有调查。在这项研究中，我们创建SiV色心在金刚石样品中具有不同的磷浓度，并显示由于掺杂，氮杂质和离子注入诱导的缺陷的荧光背景可以显着抑制。在低注量硅离子注入下，在掺磷金刚石中获得了单光子发射体。
2019-12-19 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph quant-ph
Robust luminescence of the silicon-vacancy center in diamond at high temperatures
对离子注入金刚石单晶中硅空位色心的高温发光进行了研究。我们观察到降低的集成荧光温度升高时，归因于一个过渡通道的活化能为180毫电子伏，填充搁置状态。尽管如此，相对于室温，在500 K和700 K下，信号分别仅下降50%和75%。此外，色心在超过800 K的温度下具有高度的光稳定性。因此，即使在高温度下，这种色心的发光也非常稳健，并且它有望用于新型金刚石基发光器件。
2015-10-22 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Giant nonlinear optical effects induced by nitrogen-vacancy centers in diamond crystals
利用40 fs飞秒激光脉冲研究了金刚石单晶中氮空位中心对非线性光学效应的影响。近红外飞秒脉冲使我们能够研究纯粹的非线性光学效应，如光学克尔效应（OKE）和双光子吸收（TPA），与独特的光学跃迁的电子结构与NV中心。结果表明，在2.0 $\times$ 10 $^{11}$和1.0 $\times$ 10 $^{12}$ N $^{+}$ /cm $^{2}$的剂量水平下，NV中心的引入增强了两种非线性光学效应.特别是，我们的数据表明，OKE信号强烈增强的重注入IIa型金刚石。我们认为OKE的强烈增强可能源于级联OKE，其中高密度NV中心有效地打破了金刚石表面区域附近的反转对称性。
2019-10-31 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
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
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
An integrated ultrahigh vacuum cluster tool for diamond surface science and single nitrogen-vacancy center measurements
Princeton University（普林斯顿大学）；IBM T.J. Watson Research Center（IBM托马斯·J·沃森研究中心）
本文介绍一种定制设计的超高真空簇工具，可在同一平台内原位进行金刚石表面制备、表征和单NV中心动力学测量，用于研究表面化学与NV自旋/电荷性质之间的直接关联。
2026-06-15 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
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
Sulfur in diamond and its effect on the creation of nitrogen-vacancy defect from \textit{ab initio} simulations
本文通过杂化密度泛函理论计算金刚石中硫缺陷的形成能与电荷转变能级，揭示了替位硫与硫-空位复合体的竞争对NV中心产生效率的限制机制，并发现两者捕获间隙氢可促进化学气相沉积金刚石中NV中心的形成。
2025-03-08 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Isotopically varying spectral features of silicon vacancy in diamond
金刚石中的硅空位中心（SiV）具有有趣的振动特征。我们证明，零声子线的位置可以用来可靠地识别硅同位素存在于一个单一的中心。这对于量子信息应用是有意义的，因为只有硅29同位素具有核自旋。此外，我们证明，64毫电子伏线是由于本地振动模式的硅原子。一个本地模式的存在表明一个合理的起源的零声子线的同位素位移。
2014-07-26 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
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
Generation of Tin-Vacancy Centers in Diamond via Shallow Ion Implantation and Subsequent Diamond Overgrowth
金刚石中的IV族色心由于其作为光学活性固态自旋量子比特的潜力而引起了人们极大的兴趣。此类发射器的未来利用需要开发与高质量纳米光子器件兼容的精确现场控制发射器生成技术。这项任务是更具挑战性的颜色中心与大IV族杂质原子，这是有希望的，因为它们的预测长自旋相干时间没有稀释冰箱。例如，当应用于带负电荷的锡空位（SnV $^-$）中心时，常规的位点控制色心产生方法要么损坏金刚石表面，要么产生具有无法解释的特征的体光谱。在这里，我们展示了一种新的方法来产生网站控制的SnV $^-$中心与干净的散装光谱。我们通过薄的注入掩模浅注入Sn离子，随后通过化学气相沉积生长一层金刚石。这种方法可以推广到其他色心，并与量子纳米光子器件的制作相结合。
2020-02-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Probing itinerant carrier dynamics at the diamond surface using single nitrogen vacancy centers
钻石中的色心被广泛地用于量子传感、计算和网络。它们的光学、自旋和电荷性质已经被广泛研究，而它们与巡游载流子的相互作用相对未被探索。在这里，我们表明，NV中心位于10 nm的金刚石表面可以通过空穴捕获转换为中性电荷状态。通过测量空穴捕获率，我们提取捕获截面，这是抑制接近金刚石表面。距离的依赖性是一致的载流子扩散模型，表明巡回载流子寿命可以很长，即使在金刚石表面。测量近表面NV中心的动力学特性提供了一个新的工具，用于表征金刚石表面和研究金刚石器件中的电荷输运。
2022-10-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Imaging graphene field-effect transistors on diamond using nitrogen-vacancy microscopy
已经提出了基于金刚石中的氮空位（NV）传感器的集合体的成像技术应用于微电子器件，但是NV感测与操作门控器件的兼容性仍然在很大程度上未被探索。在这里，我们直接在金刚石表面上制造石墨烯场效应晶体管（GFET），并通过NV显微镜对其进行观察。门控石墨烯内的电流密度是根据NV磁力测量法在主要是p型和n型掺杂下重建的，但发现确切的掺杂水平受到测量的影响。此外，我们观察到一个令人惊讶的大调制的电场在金刚石表面下施加的栅极电位，看到在NV光致发光和NV电测量，表明氧化物-石墨烯-金刚石结构的复杂的静电响应。可能的解决方案，以减轻这些影响进行了讨论。
2019-05-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
The charge cycle of group IV vacancy centers in diamond: From DFT to rate equations
本研究针对金刚石中第IV族空位中心的电荷循环问题，模拟了其从$-2$到$0$电荷态的过程，通过计算单步和双步电离过程的起始能量，并利用Fermi's golden rule推导出速率方程。
2025-04-28 cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph physics.comp-ph
