Deterministic coupling of a single silicon-vacancy color center to a photonic crystal cavity in diamond
单固体发射极与纳米腔的确定性耦合是集成量子信息器件的关键。在这里，我们制作了一个光子晶体腔周围的一个预先选定的单一的硅空位的颜色中心的钻石和演示修改的发射器内部的人口动态和辐射量子效率。受控的，室温腔耦合引起共振Purcell增强的零声子跃迁的因子为19，随着发射器的寿命减少2.5倍。
2014-08-08 physics.optics quant-ph
Photophysics of single nitrogen-vacancy centers in nanodiamonds coupled to photonic crystal cavities
金刚石中的氮空位中心在其负电荷状态下是需要单光子发射体的量子光学实验的有希望的候选者。NV中心的重要优点是即使在室温下也具有高亮度和光稳定性。利用光学谐振器设计NV中心的发射特性是满足量子技术应用要求的一种广泛采用的方法，但对非辐射衰变路径的影响尚待了解。在这里，我们报告修改一个单一的NV中心在纳米金刚石耦合到一维光子晶体腔的内部量子效率。我们评估通过三个独立的测量技术的Purcell增强和共聚焦显微镜在升高的激发功率进行自相关测量。采用一个三能级模型，使我们能够提取的设置效率，个人的过渡率，从而我们的系统的内部量子效率。结合我们的研究结果，我们发现，通过Purcell效应的辐射衰减率的增强的结果在90%的内部量子效率的腔耦合NV中心。我们的研究结果将有助于实现纳米尺度的单光子源与近单位的内部量子效率工作在高重复率。
2020-11-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Cavity-Enhanced Photon Emission from a Single Germanium-Vacancy Center in a Diamond Membrane
金刚石中的氮空位中心作为光-物质界面在量子信息应用中得到了广泛的研究，但是它受到低相干光子发射和光谱不稳定性的限制。在这里，我们提出了一个有前途的接口的基础上的替代缺陷与优良的光学性能（锗空位）耦合到一个精细$\approx11{,}000$光纤腔，导致发射光谱密度的$31^{+11}_{-15}$倍增加。这项工作为低温实验奠定了基础，我们预测自发发射率会有可测量的增加。
2020-05-25 physics.optics quant-ph
Diamond-optic enhanced photon collection efficiency for sensing with nitrogen-vacancy centers
提出一种金刚石光学设计，通过相对发光面将氮-空位色心的荧光收集量提升3.8(1)倍，与光线追踪模拟一致，从而改善了磁场、电场、压力、温度及旋转等量子传感测量的散粒噪声限制灵敏度。
2023-01-16 physics.optics quant-ph
Sub-diffraction optical manipulation of the chargestate of nitrogen vacancy center in diamond
作为量子计算和计量学的潜在候选者，金刚石中的氮空位（NV）中心由于电荷态转换而带来了挑战和机遇。利用不同的激光器进行光诱导电荷态转换，实现了亚衍射电荷态操纵。电荷态耗尽（CSD）显微镜分辨率提高到4.1 nm，通过优化激光脉冲序列。随后，通过CSD选择性地检测相邻NV中心的电子自旋态动力学。实验结果表明，CSD可以提高纳米传感和量子信息中NV中心测量的空间分辨率。
2014-10-17 physics.optics quant-ph
Quantum optics with nitrogen-vacancy centers in diamond
本文综述了金刚石中氮空位的电子能级结构和研究其低温光学性质的常用实验技术。然后，我们总结了几个最近的实验和进展，利用氮空位中心的量子光学。
2015-04-22 quant-ph
Hybrid III-V diamond photonic platform for quantum nodes based on neutral silicon vacancy centers in diamond
将基于钻石色心的原子量子存储器与片上光子器件集成，将使长距离纠缠分布成为可能。然而，由于色心对其环境高度敏感，并且它们的性质在纳米制造结构中退化，因此集成的努力一直具有挑战性。在这里，我们描述了一种异质集成的片上III-V金刚石平台，该平台设计用于金刚石中的中性硅空位（SiV 0）中心，从而避免了蚀刻金刚石衬底的需要。通过与金刚石表面附近的SiV 0中心的倏逝波耦合，该平台将使Purcell增强SiV 0发射和有效的频率转换到电信C波段。所提出的结构可以用容易获得的制造技术来实现。
2020-12-30 cond-mat.other physics.optics quant-ph
Coupling of nitrogen-vacancy centers in diamond to a GaP waveguide
研究了GaP波导中的导模与金刚石中的氮空位（NV）中心的光耦合。测量了电场对金刚石的穿透和导模的损耗。结果表明，该体系可用于在金刚石中实现量子信息处理的耦合微腔-NV器件。
2008-11-03 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
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
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
Adjoint-optimized nanoscale light extractor for nitrogen-vacancy centers in diamond
我们设计了一个纳米级的光提取器（NLE）的有效的出耦合和发射的宽带光的浅，带负电荷的氮空位（NV）中心在大块金刚石。NLE由金刚石上的图案化硅层组成，并且不需要对金刚石表面进行蚀刻。我们的设计过程是基于伴随优化使用宽带时域模拟和产量结构，固有的定位和制造误差的鲁棒性。我们的NLE功能类似于NV中心的传输天线，将从位于金刚石表面以下10 nm处的NV中心提取的光功率提高了35倍以上，并将光发射到远场的+/-30°锥体中。这种光提取方法可以很容易地适用于其他固态色心。
2020-10-07 physics.app-ph physics.optics quant-ph
A Diamond-Photonics Platform Based on Silicon-Vacancy Centers in a Single Crystal Diamond Membrane and a Fiber-Cavity
我们实现了一个潜在的平台，一个有效的自旋光子接口，即带负电荷的硅空位中心的金刚石膜耦合到一个完全可调谐的，基于光纤的，光学谐振器的模式。我们证明，引入薄（$\sim 200 \, \text{nm}$），单晶金刚石膜的谐振腔的模式不会改变腔的属性，这是一个有效的自旋光子接口的关键点之一。特别是，我们观察到恒定的高精细度值高达$3000$和线性分散在膜的存在下。我们观察到了增强因子为$\sim 1.9$的SiV $^{-}$中心系综的腔耦合荧光。此外，从我们的调查中，我们提取的合奏吸收和外推的吸收截面$(2.9 \, \pm \, 2) \, \cdot \, 10^{-12} \, \text{cm}^{2}$为一个单一的SiV $^{-}$中心，比以前报道的高得多。
2019-03-15 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Vibrational and electronic ultrafast relaxation of the nitrogen-vacancy centers in diamond
首次对金刚石中的氮空位中心进行了二维电子能谱和瞬态光栅测量。这些测量结果揭示了能量转移和振动路径与自旋相干的后果。
2012-07-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Introduction to Quantum Optimal Control for Quantum Sensing with Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond
基于金刚石的量子技术是一个快速发展的领域，具有科学和技术的重要性。随着对基于金刚石的量子系统的知识和经验的不断增长，对性能的需求也越来越高。量子最优控制（QOC）为许多现有的挑战提供了直接的解决方案，并为未来的应用提供了基础。结合金刚石中氮空位（NV）中心的QOC策略、量子传感和其他相关量子技术应用的快速回顾，我们给出了必要的背景来总结金刚石中NV中心QOC辅助量子应用领域的最新进展。
2020-06-18 quant-ph
Optical Stability and Photophysics of NV Centers in Diamond up to 120 GPa
Université Paris-Saclay, CNRS, ENS Paris-Saclay, CentraleSupelec, LuMIn（巴黎萨克雷大学、法国国家科学研究中心、巴黎萨克雷高等师范学院、中央苏佩莱克学院、LuMIn）；Center for Physical Sciences and Technology (FTMC)（物理与技术中心（FTMC））；Faculty of Physics, Warsaw University of Technology（华沙理工大学物理学院）；CEA DAM, DIF（法国原子能和替代能源委员会达姆研究所DIF部门）；Université Paris-Saclay, CEA, Laboratoire Matière en Conditions Extrêmes（巴黎萨克雷大学、法国原子能和替代能源委员会极端条件物质实验室）
通过实验和理论研究，揭示了NV中心在高达120 GPa静水压力下的零声子线位置、辐射寿命、光学线形和光电离阈值等光学性质，确认其作为极端压力下鲁棒量子传感器的适用性。
2026-06-01 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph quant-ph
Integrated waveguides and deterministically positioned nitrogen vacancy centers in diamond created by femtosecond laser writing
金刚石的氮空位（NV）中心是一种具有长自旋相干时间的光学活性缺陷，在高效的纳米磁学和量子信息处理方案中显示出巨大的潜力。近年来，利用飞秒激光写入技术在金刚石中成功地制备出了掩埋的三维光波导和高质量的单纳米线。然而，到目前为止，将这些技术结合起来一直是一个突出的挑战。在这项工作中，我们在量子级金刚石中制造激光写入的光子波导，这些光子波导在微米分辨率内对准单个激光写入的NV，从而实现提供确定性定位的波导耦合NV的集成平台。这种制造技术为单光子在NV之间的片上光学路由和光学集成的基于自旋的感测开辟了道路。
2018-03-12 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Optically detected magnetic resonance of nitrogen-vacancy centers in diamond using two-photon excitation
Wyant College of Optical Science, University of Arizona（亚利桑那大学怀特光学科学学院）
本研究利用双光子激发技术在室温下观测钻石中氮-空位中心的基态光学检测磁共振，实现了对NV中心分布的成像，并首次展示了双光子激发下的ODMR轨迹，为快速三维量子传感和成像提供了新工具。
2026-04-17 physics.app-ph physics.atom-ph physics.optics
Photoluminescence of nitrogen-vacancy and silicon-vacancy color centers in phosphorus-doped diamond at room and higher temperatures
掺磷金刚石与传感、光电子学和量子光子学的应用相关，因为金刚石中色心的独特光学性质可以与通过包含磷获得的n型导电性相结合。在这里，我们调查的光致发光信号的氮空位和硅空位的颜色中心的磷掺杂的金刚石作为温度的函数，从环境条件开始到约100 $^\circ$摄氏度，专注于零声子线（ZPL）。我们发现，ZPL的波长和宽度的两个色心表现出相当的温度依赖性，尽管在光致发光光谱的强烈差异。此外，硅空位中心的ZPL的温度敏感性不受磷掺杂的显着影响，因为我们推断通过与电子级单晶金刚石中的硅空位中心的比较。
2021-01-14 physics.app-ph quant-ph
Multiple-photon excitation of nitrogen vacancy center in diamond
首次在金刚石中观察到氮空位中心共振能量以下的多光子光致发光激发。积分荧光强度作为激发功率的函数的二次和三次依赖性分别指示NV-电荷状态的双光子激发途径和中性NV 0电荷状态涉及的三光子过程。通过比较多光子总能量与单光子总能量，发现PLE谱符合单光子激发的吸收谱。我们还观察到，不同电荷态的光致发光效率，以及衰减时间常数，是依赖于激发波长和功率。
2018-01-26 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Polarization properties of single photons emitted by nitrogen-vacancy defect in diamond at low temperature
本文利用共振激发法研究了低温下金刚石中单氮空位色心光致发光的偏振特性。我们首先强调，两个激发态轨道分支与两个正交过渡偶极子。使用一个偶极子的选择性激发，然后，我们表明，光致发光是部分非偏振的，由于两个轨道之间的快速弛豫引起的热浴。这一结果可能是重要的背景下实现不可区分的单光子使用NV缺陷的钻石。
2009-06-18 quant-ph
Imaging of high-frequency electromagnetic field by multipulse sensing using nitrogen vacancy centers in diamond
本文提出利用金刚石氮空位中心的多脉冲动力学去耦与幅度整形控制脉冲，在19.23 MHz实现微米级空间分辨率的高频率分辨率射频场成像。
2023-07-05 quant-ph
The non-Abelian geometric phase in the diamond nitrogen-vacancy center
本文介绍了一个理论框架，以了解非阿贝尔几何相位的积累在旋转的氮空位中心的金刚石。具体来说，我们考虑如何可以实现退化状态，并证明所得到的几何相位为多个路径是非阿贝尔。我们发现，非阿贝尔性质的相位是鲁棒的波动的路径和磁场。与以往的研究不同，我们发现在旋转条件下氮空位中心的阿贝尔几何相位的积累的极限时间尺度是$T_{1}$。因此，氮空位中心的非阿贝尔几何相位累积对于作为陀螺仪的应用具有潜在的优势。
2014-02-04 quant-ph
A Quantum Photonic Interface for Tin-Vacancy Centers in Diamond
量子网络的实现关键取决于建立有效的、相干的光-物质界面。金刚石中的光学活性自旋已经成为基于其自旋选择性光学跃迁、长寿命自旋基态以及与纳米光子学集成的潜力的有前途的量子节点。金刚石中的锡空位（SnV $^{\,\textrm{-}}$）中心特别令人感兴趣，因为它们在纳米结构中表现出窄线宽发射，并且在高于1 K的温度下具有长的自旋相干时间。然而，SnV $^{\,\textrm{-}}$中心的纳米光子接口尚未实现。在这里，我们报告腔增强发射的SnV $^{\,\textrm{-}}$中心的金刚石。我们将SnV $^{\,\textrm{-}}$中心集成到一维光子晶体谐振器中，并观察到发射强度增加了40倍。耦合系统的Purcell因子为25，导致大部分光子（$90\%$）进入腔模。我们的研究结果铺平了道路的基础上SnV $^{\,\textrm{-}}$中心的金刚石有效的，可扩展的自旋光子接口的创建。
2021-02-23 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Optically coherent nitrogen-vacancy centers in μm-thin etched diamond membranes
含有光学相干氮空位（NV）中心的金刚石膜器件是实现新型低温实验的关键，例如混合自旋-机械系统的光学基态冷却和量子网络中的有效纠缠分布。在这里，我们报告的（3.4 $\pm$ 0.2）μm薄，光滑（表面粗糙度r $_q$ < 0.4 nm的面积为20 μm的30 μm的金刚石膜包含单独可分辨的，窄线宽（< 100 MHz）NV中心的制造。我们通过高能电子辐照，高温退火，和优化的蚀刻序列的组合，发现通过系统的研究，在不同的蚀刻化学品的微观水平上的金刚石表面的演变，制造这个样品。虽然我们的特定设备尺寸优化了开放的可调微腔中遥远的NV中心之间的腔增强纠缠产生，但我们的结果对广泛的量子实验具有影响，这些实验需要结合窄的光学跃迁和μ m尺度的设备几何形状。
2019-04-01 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
A superconducting cavity bus for single Nitrogen Vacancy defect centres in diamond
电路QED已经证明了超导共面谐振器中捕获的单个微波光子与附近的超导量子比特之间的非常强的耦合。在这项工作中，我们将展示如何通过设计一种新型的互连，可以通过磁相互作用将超导谐振器与少量（也许是单个）电子自旋强连接起来。通过将电子自旋选择在金刚石中的氮空位中心内，可以使用微波和射频照射来执行该电子自旋的光学读出、极化和控制。更重要的是，通过利用氮空位中心与附近的13 C核，使用这种互连，人们有可能建立一个量子设备，其中核自旋量子位通过氮空位电子自旋通过超导总线相互作用连接在厘米距离上。
2009-12-18 quant-ph
High temperature spectroscopy of nitrogen vacancy centers in diamond
本文研究了金刚石中带负电荷的氮空位中心在高温高真空条件下的光谱。自旋共振研究使用磁共振（ODMR）的光学检测，和光谱学研究辐射跃迁。随着温度的升高，可见光和红外线的辐射衰减强度降低。此外，ODMR共振频率降低，声子线发射向更高波长移动。将光致发光的测量强度与Mott-Seitz模型的理论预测拟合，得到与非辐射衰变相关的能垒的$0.24 \operatorname{eV}$值。
2023-01-14 quant-ph
Quantum-memory-assisted entropic uncertainty relation with a single nitrogen-vacancy center in diamond
当被测粒子与量子存储器最大纠缠时，可以消除同时测量非对易观测量的限制。我们提出了一个建议，测试这种量子记忆辅助熵的不确定性关系在一个单一的氮空位（N-V）中心的金刚石只有本地电子测量。作为一个应用，这个熵的不确定性关系被用来证明电子和N-V中心的核自旋之间的纠缠，这是接近现有技术的范围。
2012-12-22 quant-ph
NV-Metamaterial: Tunable Quantum Hyperbolic Metamaterial Using Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond
我们发现，金刚石中的氮空位（NV）中心可以产生一种新的量子双曲超材料。我们证明，双曲线色散关系的NV中心的金刚石可以工程和动态调谐通过施加磁场。这种具有可调负折射窗口的量子双曲超材料允许构建超过衍射极限的超透镜。除了亚波长成像之外，这种NV超材料还可以用于自发发射增强、热传输和声学、模拟宇宙学和寿命工程。因此，我们的建议将两个热点领域联系起来，即，NV中心和超材料。
2018-02-06 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Laser and Microwave Excitations of Rabi Oscillations of a Single Nitrogen-Vacancy Electron Spin in Diamond
在室温下观察到金刚石中单氮空位（NV）中心电子自旋的拉比振荡的崩塌和复苏形状。由于主体14 N核自旋和NV中心电子自旋之间的超精细相互作用，14 N核自旋的不同取向导致基态ms=0和激发态ms=1之间的跃迁的三重态分裂。微波可以均匀地激发这三个跃迁，产生三个独立的章动，拉比振荡的形状是三个章动的组合。这一结果为金刚石中的电子自旋振荡提供了一个新的视角。
2010-09-09 quant-ph
Identical Photons from Multiple Tin-Vacancy Centers in Diamond
我们报道了金刚石中锡空位（SnV）中心的零声子线的窄的非均匀分布和多个分离的SnV中心的光谱的重叠。在低温下的光致发光激发光谱测量表明，SnV中心表现出稳定的荧光和线宽接近傅立叶变换限制的线宽。不均匀分布低至~4 GHz，这使得能够观察到Sn同位素依赖的共振频率。由于窄的不均匀分布，我们观察到多个SnV中心显示出几乎相同波长和线宽的相同光子。即使在不同的金刚石样品中也观察到相同的SnV中心，证实了高质量SnV中心的可靠制造。
2022-08-12 quant-ph
Coherent Interactions Between Silicon-Vacancy Centers in Diamond
我们报告相干相互作用内的硅空位色中心的钻石合奏。相互作用归因于共振偶极-偶极耦合。此外，我们证明了控制共振中心对通过使用驱动光脉冲诱导集体，相互作用使能拉比振荡的合奏。非共振中心对不经历集体振荡。
2021-05-03 physics.atom-ph quant-ph
All-optical high-resolution magnetic resonance using a nitrogen-vacancy spin in diamond
提出了一种全光学方案来延长金刚石中带负电荷的氮空位（NV）中心的量子相干性。NV自旋的光学控制抑制了$^{3}\text{A}_{2}$基态的能量波动，并形成能隙保护子空间。通过光学控制，磁共振谱线宽度变窄，对磁场源频率的测量具有更高的分辨率。光学控制还提高了磁场检测的灵敏度，并且可以提供对信号源的方向的测量。
2014-04-04 quant-ph
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
Quantum microwave-optical interface with nitrogen-vacancy centers in diamond
提出了一种利用金刚石中的氮空位（NV）中心实现微波与可见光光子相干量子界面的有效方案。在该设置中，NV中心系综同时耦合到光学腔和微波腔。我们发现，通过使用集体自旋激发模式作为中介，量子态可以通过双交换方案或暗态协议在微波腔和光学腔之间转移。这种混合量子界面在单微波光子探测或量子信息处理中可能提供有趣的应用。
2017-09-14 quant-ph
Low temperature studies of the excited-state structure of Nitrogen-Vacancy color centers in diamond
本文报道了在低温下结合共振激发和光学检测磁共振技术对金刚石中单个氮空位缺陷的3E激发态结构的研究。的激发态结构的理论模型的开发，并显示出良好的协议与实验观察。此外，我们还发现在室温下，与3E激发态相关的两个轨道分支是平均的。这项研究导致了一个改进的物理理解的NV缺陷的电子结构，这是非常宝贵的金刚石为基础的量子信息处理的发展。
2009-05-18 quant-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
Influence of Platinum Thin Films on the Photophysical and Quantum Properties of Near-Surface NV Centers
研究了铂薄膜对近表面NV中心量子传感的影响，发现铂层附近NV系综的光致发光寿命和NV负电荷态种群显著下降，但在至少20 keV注入的样品中T2相干时间显著增加，为金属薄膜与NV中心集成提供指导。
2025-09-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Wide-field magnetometry with nitrogen-vacancy centers in randomly oriented micro-diamonds
近年来，金刚石中氮空位色心的磁学研究引起了人们极大的兴趣。磁场的三维定向的绝对知识对于许多应用是必要的。传统的磁力测量通常使用具有薄NV层的块状金刚石中的NV集合或金刚石尖端形式的扫描探针来执行，这需要光滑的样品表面和探测装置的接近度，通常限制了感测能力。在这里，我们提出了一种用于确定相对于金刚石晶格的磁场矢量的三维取向的方法。我们证明了沉积在平面上的任意取向的亚微米尺寸的金刚石粉末中的NV中心可以用于感测磁场。我们的工作可以扩展到不规则的表面，这显示了一个有前途的路径纳米金刚石为基础的光子传感器。
2022-10-30 quant-ph
Experimental and theoretical analysis of noise strength and environmental correlation time for ensembles of nitrogen-vacancy centers in diamond
从实验和理论上研究了不同自旋浓度金刚石中氮空位中心的哈恩回波衰减曲线。哈恩回波结果表明，低自旋浓度的非指数衰减，而指数衰减是占主导地位的高自旋浓度。通过用理论模型拟合衰变曲线，我们发现环境噪声的幅度和关联时间都与自旋浓度有明显的依赖关系。这些结果对于优化高性能量子器件，特别是量子传感器中的NV中心浓度至关重要。
2019-09-17 quant-ph
Spin Readout Techniques of the Nitrogen-Vacancy Center in Diamond
金刚石氮空位（NV）中心由于其光寻址能力和室温自旋相干性而成为量子信息科学的领先平台。然而，NV中心的自旋状态的测量通常需要在许多周期上求平均以克服噪声。在这里，我们回顾了几种提高读出性能的方法，并强调了未来的研究途径，可以在室温下实现单次电子自旋读出。
2018-09-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optically induced static magnetic field in ensemble of nitrogen-vacancy centers in diamond
在纳米尺度下产生局部磁场对于诸如基于自旋量子比特的量子存储器的许多应用是期望的。然而，由于静态磁场的缓慢衰减，这是一个挑战。在这里，我们证明了光子自旋密度（PSD）诱导的有效静态磁场的整体氮空位（NV）中心在大块金刚石。这种局部感应的磁场是光激发和NV中心之间相干相互作用的结果。我们证明了在布洛赫球上的光诱导自旋旋转超过10度，这在自旋量子比特的全光相干控制中有潜在的应用。
2022-05-06 quant-ph
Cavity-enhanced room-temperature magnetometry using absorption by nitrogen-vacancy centers in diamond
我们提出了一种基于金刚石中氮空位中心的腔增强型室温磁场传感器。使用与1042 nm自旋单态跃迁共振的光的吸收来检测磁共振。将金刚石放置在外部光学腔中以增强吸收，即使在室温下也观察到显著的吸收。我们证明了磁场灵敏度为2.5 nT/sqrt（Hz），并且对于几mW的红外线，设计了70 pT/sqrt（Hz）的光子散粒噪声限制灵敏度，并且对于90 um x 90 um 200 um的感测体积，设计了250 fT/sqrt（Hz）的量子投影噪声限制灵敏度。
2014-01-10 quant-ph
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
Interaction of a heralded single photon with nitrogen-vacancy centers in a diamond
一个简单的，室温下，腔和真空的光子-物质相互作用的接口实现。实验中，一个自发参量下转换过程产生的单光子被氮空位色心系综吸收。与声子边带相关联的宽吸收谱解决了典型原子介质中的窄吸收带宽与量子光的宽带光谱的失配问题。所预示的单光子源在452-575 nm的光谱范围内是可调谐的，这与氮空位中心的吸收光谱很好地重叠。
2021-01-12 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
Compact quantum gates on electron-spin qubits assisted by diamond nitrogen-vacancy centers inside cavities
在固态系统上构造紧凑的通用量子门量子线路是量子计算的关键。我们提出了一些紧凑的量子电路的确定性固态量子计算，包括CNOT，Toffoli，和Fredkin门的金刚石氮空位中心限制在腔中，通过一些单光子的输入-输出过程实现。我们为这些通用量子门设计的量子线路简单而经济。此外，没有使用额外的电子量子比特，而只是使用单光子介质。这些门有很长的相干时间。我们讨论了这些通用的固态量子门的可行性，得出结论，他们是可行的，以目前的技术。
2013-10-21 quant-ph
Quantum theory of nuclear spin dynamics in diamond nitrogen-vacancy center
我们发展了一个量子理论，研究了由于超精细相互作用而引起的核自旋动力学的退相、弛豫、压缩和窄化。我们的理论的一阶结果再现和推广了核自旋压缩的非线性哈密顿量[M。S. Rupert，Phys. Rev. Lett. 107，206806（2011）]。我们的理论的二级结果很好地解释了金刚石氮空位中心$^{13}$ C核自旋池变窄的实验现象[E. Togan，Nature 478，497（2011）
2014-09-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum Control for Nanoscale Spectroscopy With Diamond Nitrogen-Vacancy Centers: A Short Review
近年来，基于色心的金刚石量子技术迅速兴起。氮空位色心由于其优异的自旋性质和光学可寻址性而引起了人们的特别兴趣。NV中心已被用于实现创新的多模量子增强传感器，在室温下提供前所未有的高灵敏度和空间分辨率的组合。技术进步和潜在的传感应用的拓宽引起了对NV量子传感器性能进步的日益增长的需求。量子控制在响应这一需求方面发挥着关键作用。本文简要介绍了量子控制辅助量子传感和磁场光谱学的最新进展。
2021-02-12 quant-ph
Optically Detected Magnetic Resonances of Nitrogen-Vacancy Ensembles in 13C Enriched Diamond
我们提出了一个实验和理论研究的光学检测磁共振信号的合奏带负电荷的氮空位（NV）中心在13 C同位素富集单晶金刚石。在零磁场条件下，我们观察到四个宽的跃迁峰，并研究了它们对外加磁场的依赖性。一个理论模型，再现这些光谱的所有定性特征。了解同位素富集金刚石中NV中心的磁共振谱对于核磁共振的新兴应用是重要的。
2016-08-31 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optical charge state manipulation of lead-vacancy centers in diamond
本文针对金刚石中铅空位中心（PbV）的电荷态控制问题，通过多色激光辐照实现负电荷态布居数0-89%的可调操控，提出中性与负电荷态间的电荷循环，为负电荷态PbV自旋控制及中性PbV研究提供基础。
2025-08-26 quant-ph
Optimal Control Theory Techniques for Nitrogen Vacancy Ensembles in Single Crystal Diamond
本文研究无静磁场下单晶金刚石中氮空位系综的控制方法，提出利用圆偏振微波和最优控制理论实现对四个主轴系统的同步与集体控制，为高灵敏度量子传感设备奠定基础。
2023-07-03 quant-ph
Spectral Broadening and Ultrafast Dynamics of a Nitrogen-Vacancy Center Ensemble in Diamond
金刚石中氮空位（NV）中心的许多应用关键依赖于光谱窄且稳定的光学零声子线跃迁。虽然已经证明了许多令人印象深刻的原理验证实验，但在工程NV中心仍有许多工作要做，这些中心的光谱特性对于实际实施来说足够强大。为了阐明其与环境的相互作用的机制，我们应用多维相干光谱的NV中心系综散装金刚石在低温下。我们的光谱揭示了由于准局域振动模式以及皮秒时间尺度上的超快光谱扩散引起的热退相。的固有的，整体平均均匀线宽被发现是在几十GHz的范围内，通过外推到零温度。我们还观察到一个温度依赖性的斯塔克分裂的激发态歧管，相关的NV传感协议。
2020-10-31 quant-ph
Light narrowing of magnetic resonances in ensembles of nitrogen-vacancy centers in diamond
我们研究了金刚石中氮空位中心的光学检测磁共振信号。在不同的光功率和微波功率下测量信号，并提取磁共振信号的对比度和线宽。对于一个广泛的实验设置的微波和光功率，线宽随光功率的增加而减小，并观察到超过两个“光窄化”的一个因素。此外，我们确定，在金刚石中的氮空位中心和取代氮原子之间的自旋-自旋相互作用导致的线形和线宽的变化的光学检测的磁共振信号。最后讨论了窄光效应对优化磁场测量灵敏度的重要性。
2012-10-20 physics.atom-ph quant-ph
