Characterization of the recovery of mechanical properties of ion-implanted diamond after thermal annealing
由于其出色的机械性能，金刚石和类金刚石材料发现了重要的技术应用，从成熟的工业领域（切割工具，涂层等）到更先进的机械设备，如微和纳米机电系统。高能离子的使用是制造三维微机械结构的一种强大而通用的工具。在这种情况下，它是最重要的是有一个准确的知识，离子诱导的结构损伤的影响，这种材料的机械性能，首先预测潜在的不希望的副作用的离子注入过程中，并可能定制所需的机械性能的制造设备。我们提出了一种原子力显微镜（AFM）表征的独立的悬臂梁在单晶金刚石获得的FIB辅助剥离技术，它允许确定的金刚石晶体的杨氏模量后，MeV离子辐照过程的同时制造的微结构，和随后的热退火。的AFM测量进行了与光束弯曲技术，并表明，热退火过程中允许的原始晶体的机械性能的有效恢复。
2016-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Spectroscopic measurement of the refractive index of ion-implanted diamond
本文介绍了用变角椭圆偏振光谱法和透射率法测量离子注入金刚石单晶后复折射率的变化。在实部和虚部都发现在增加损伤密度的增加。在250和1690 nm之间的整个波长范围内确定折射率深度变化。从空位密度的依赖性进行评估，突出显示在高损伤密度制度的线性偏差。观察到折射率的实部有相当大的增加（高达5%），这归因于极化率的增加，从而为金刚石中的波导和其他光子结构提供了新的微加工可能性。
2012-02-23 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Single Color Centers Implanted in Diamond Nanostructures
单色心光学金刚石纳米结构材料加工技术的发展是量子科学与技术中的一个重要问题。在这项工作中，我们提出了离子注入和自上而下的金刚石纳米纤维在两种情况下的组合：金刚石纳米柱和金刚石纳米线。第一种器件由“浅”注入（~ 20 nm）组成，以在金刚石晶体的顶面附近产生氮空位（NV）色心。然后通过在金刚石表面中干法蚀刻规则的纳米柱阵列来机械地隔离各个NV中心。光子反聚束测量表明，高产量（>10%）的设备包含一个单一的NV中心。第二个器件展示了单个NV中心到预制金刚石纳米线中的“深”（~1μm）注入。纳米线几何形状的高单光子通量，结合超纯金刚石的低背景荧光，使我们能够维持强光子反聚束，即使在高泵浦功率。
2010-09-21 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
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
Photoactivation of color centers induced by laser irradiation in ion-implanted diamond
本文提出利用毫瓦级连续波激光局域辐照，在离子注入金刚石中无需热退火即可直接光激活Mg和Sn相关色心，实现单光子发射器的可控、低成本、原位可监测制备。
2024-09-10 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
An upper limit on the lateral vacancy diffusion length in diamond
离子注入被广泛用于改变材料的结构、电学和光学性质。通过适当的掩模，这种技术可以用来定义纳米和微米结构。然而，根据所使用的掩模的类型，实验已经表明，可以推断出与空位相关的衬底修改距离用于限定注入区的掩模的边缘数十微米。这可能是由于在退火过程中从注入区域的空位的快速扩散，或者是由于与掩模边缘周围的离子散射相关的几何效应。对于量子和单原子器件，杂散离子损伤可能是有害的，必须最小化。为了轮廓的分布的重结晶引起的损伤，我们已经使用氮空位色心作为一个敏感的标记的空位浓度和分布后MeV的He离子注入到金刚石和退火。结果表明，氦原子注入通过掩模夹在金刚石表面的散射掩模下的距离在几十微米的范围内从掩模边缘。通过光刻定义和沉积的掩模注入，掩模和衬底之间没有间隔，显着减少散射<5 μ m，但不消除它。这些散射距离远大于理论估计的空位扩散距离260 nm在类似的条件下。本文表明，扩散，退火时，由离子注入金刚石中产生的空位是有限的，从掩模的边缘几十微米的空位的外观是由于散射效应。
2016-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Softening the ultra-stiff: controlled variation of Young's modulus in single crystal diamond
结合实验和数值研究的缺陷单晶金刚石的弹性性能的变化首次提出，通过比较纳米压痕测量的MeV离子注入样品的多尺度建模，包括从头算原子计算和介观尺度有限元方法（FEM）模拟。发现通过在2 × 10^18 - 5 × 10^21 cm-3密度范围内局部引入缺陷，可以在金刚石晶体结构中诱导密度的显著降低，而不会引起材料的石墨化。从头算原子模拟证实了实验结果具有良好的信心。进一步采用有限元模拟来验证测量的变形与刚度降低的一致性，并推导出注入区域中的应变和应力水平。结合这些实验和数值结果，我们还提供了深入的机制，负责金刚石石墨化阈值的深度依赖性。这项工作展望了通过缺陷工程实现单晶金刚石的机械性能的精确可调谐性的可能性，具有重要的技术应用，即金刚石基微机械谐振器的谐振频率的制造和控制。
2016-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Hardening and Strain Localisation in Helium-Ion-Implanted Tungsten
钨是未来聚变反应堆中面向等离子体的装甲部件的主要候选材料。在使用中，聚变中子辐照通过碰撞级联产生晶格缺陷。从等离子体注入的氦通过增加缺陷保留来消除损伤。两者都可以用氦离子注入来模拟。在最近对3000 appm氦注入钨（W-3000 He）的研究中，我们假设氦诱导的辐照硬化，然后在变形过程中软化。该假设是建立在观察到的硬度大幅增加，大量堆积和周围的纳米压痕和劳厄衍射测量的局部变形下的压痕形成滑步。在这里，我们测试这一假设，实现它在晶体塑性有限元（CPFE）制定，在W-3000 He在300 K的纳米压痕模拟。该模型认为热激活位错滑移通过氦缺陷障碍，其障碍强度是作为缺陷浓度和形态的函数。只有一个拟合参数用于模拟氦注入钨：缺陷去除率。模拟捕捉本地化的大堆积非常好，并预测有限的领域的晶格畸变和几何必要的位错下的凹痕同意定量与以前的劳厄测量。应变局部化通过高分辨率电子背散射衍射和透射电子显微镜测量从W-3000 He中的纳米压痕中心的横截面抬出进一步确认。
2019-11-23 cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph
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
Systematic study of defect-related quenching of NV luminescence in diamond with time correlated single photon counting spectroscopy
我们报告的光致发光（PL）寿命在NV-和NV 0中心在2 MeV H+注入Ib型金刚石样品的时间相关单光子计数（TCSPC）显微镜技术的系统表征。偶极-偶极共振能量转移模型被应用到解释实验结果，允许的浓度的定量相关性的原生（单取代氮原子）和离子诱导（孤立的空缺）PL淬灭缺陷与测得的PL寿命。TCSPC测量在正面（即激光束沿着先前注入离子的相同法线方向探测主样品表面）和侧面（即激光束相对于相同离子注入方向正交地探测侧面样品表面）几何结构中进行。特别是，后者的几何形状允许直接探测的中心寿命沿强烈的不均匀损伤的配置文件中的晶体中的MeV离子。经验准指数衰减参数的外推允许系统估计的平均量子效率的中心作为本征和离子诱导的缺陷浓度的函数，这是直接相关的，目前的研究使用的金刚石色心的光子应用。
2013-09-19 cond-mat.mtrl-sci
Nanoscale lattice strains in self-ion implanted tungsten
发展一个全面的理解，通过中子辐照的材料性能的修改是重要的未来裂变和聚变动力反应堆的设计。自离子注入常用于模拟中子辐照损伤，然而一个有趣的问题是离子能量对所产生的损伤结构的影响。随着注入能量的降低，注入层厚度的减小导致了一个重大的困境：是否试图匹配中子辐照或注入过程中产生的初级撞击原子能量，从而产生更厚的损伤层？在这里，我们解决这个问题，通过测量两个离子注入能量，2兆电子伏和20兆电子伏的自离子注入钨，聚变反应堆的第一壁和偏滤器的关键材料的全应变张量。2 MeV和20 MeV注入样品的比较显示，导致类似的晶格膨胀。多反射布拉格相干衍射成像（MBCDI）表明，注入引起的应变实际上是在纳米级的异质性，这表明有一个不均匀分布的缺陷，观察是不完全捕获的微束劳厄衍射。在表面处，MBCDI和高分辨率电子背散射衍射（HR-EBSD）应变测量在应变分布的这种聚类/非均匀性方面相当一致。然而，MBCDI显示，在更深的样品中的非均质性是远远大于在表面。这种技术的组合提供了一个强大的方法，详细调查的微观结构的损伤所造成的离子轰击，更一般的应变相关的现象，通过任何其他技术无法访问的微体积。
2020-06-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
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
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
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
Controlled variation of the refractive index in ion-damaged diamond
在金刚石基光学和光子器件的制造中，折射率随结构损伤的变化的精细控制是必不可少的。我们在此报告了在中低能量注量（10^13 - 10^17离子cm^-2）下，用2 MeV和3 MeV质子损伤高质量单晶金刚石后，在λ =632.8 nm处折射率实部的变化。用光栅扫描离子微束将样品注入125 x125 um^2区域后，用激光干涉显微镜测量注入区域光学厚度的变化。根据具体的损伤轮廓，用模型对结果进行了分析。该技术允许直接制造的光学结构在散装金刚石的基础上的局部变化的折射率，这将是在未来的工作中探索。
2016-08-26 cond-mat.mtrl-sci
Theory of the ground state spin of the NV- center in diamond: I. Fine structure, hyperfine structure, and interactions with electric, magnetic and strain fields
金刚石中带负电荷的氮空位中心的基态自旋已经成为量子精密测量和固态量子信息处理中新前沿最近快速扩展的平台。在环境条件下，自旋已被证明是一种高精度的磁场和电场传感器以及能够与附近的核自旋和电子自旋耦合的固态量子比特。然而，尽管有许多杰出的证明，自旋的理论还没有完全发展，目前还没有彻底解释它的许多性质，如电子g因子的各向异性和斯塔克效应和应变分裂的存在。在这项工作中，基态自旋的理论是第一次充分发展的中心，以提供详细的解释自旋的精细和超精细结构及其与电场，磁场和应变场的相互作用的分子轨道理论。
2011-07-20 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
Fabrication of thin diamond membranes by Ne$^+$ implantation
本文提出用Ne$^+$注入替代He$^+$ smart-cut制备薄金刚石膜，通过实验与SRIM模型确定临界损伤阈值，使所需离子注量降低十倍并能在相同能量下获得更薄膜。
2023-05-30 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Local formation of nitrogen-vacancy centers in diamond by swift heavy ions
我们将注入氮的金刚石暴露于快速铀和金离子束（~1 GeV），发现这些辐照直接导致氮空位（NV）中心的形成，而无需热退火。我们比较了快速重离子激活的NV-中心的光致发光强度与低能量电子照射和热退火形成的。用快重离子辐照的NV-产额是低能电子产额的0.1和热退火产额的0.02。我们讨论了快速重离子形成NV心的可能机制，如电子激发和热尖峰。虽然以低效率形成NV中心，但快速重离子使得能够在数十微米的相对大的距离上形成三维NV组装体。此外，我们的研究结果表明，NV中心的形成是一个本地探针的（部分）晶格损伤弛豫诱导的电子激发从快速重离子在金刚石。
2014-11-20 cond-mat.mtrl-sci
Complex refractive index variation in proton-damaged diamond
在离子注入等微细加工过程中，对单晶金刚石光学性质的精确控制在集成光子器件的工程中起着至关重要的作用。在这项工作中，我们对单晶金刚石在中低能量注量（范围：10^15 - 10^17 cm^-2）下被2和3 MeV质子损伤时折射率实部和虚部的变化进行了系统研究。在用扫描离子微束注入125 × 125 μ m^2区域后，用激光干涉显微镜测量注入区域光程长度的变化，同时用具有微米空间分辨率的光谱装置研究它们的光透射。在考虑了体样品中强非均匀损伤分布的模型的基础上，计算了复折射率随损伤密度的变化。
2016-08-25 cond-mat.mtrl-sci
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
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
From phase transformation to amorphization: damage accumulation in Yb-implanted $β-Ga_2O_3$
National Centre for Nuclear Research（国家核研究中心）；Institute of High Pressure Physics UNIPRESS, Polish Academy of Sciences（波兰科学院高压物理研究所）；Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf（德累斯顿-罗斯多尔夫亥姆霍兹中心）
本研究通过多技术分析Yb注入β-Ga2O3的损伤演化，揭示其相变、缺陷积累及非晶化过程，发现氧化镓辐射耐受性受离子相互作用影响，挑战其高稳定性认知。
2026-08-14 cond-mat.mtrl-sci
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
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
Photo-luminescence properties of ion implanted Er3+-defects in 4H-SiCOI towards integrated quantum photonics
RMIT University（皇家墨尔本理工大学）；The University of Melbourne（墨尔本大学）；Aligarh Muslim University（阿里加尔穆斯林大学）；Qubit Pharmaceuticals（Qubit制药公司）；Carnegie Mellon University（卡内基梅隆大学）
研究薄膜4H-SiCOI中离子注入Er3+缺陷的光致发光特性，通过优化注入与退火工艺增强发射，分析其光学寿命与偏振等，为集成量子光子应用提供依据。
2025-01-06 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
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
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
Fabrication and electrical characterization of three-dimensional graphitic microchannels in single crystal diamond
本文报道了用离子束直写技术在单晶金刚石上制备导电微通道的系统表征。聚焦的高能（~MeV）氦离子被用来选择性地将金刚石以微米级的空间精度在热退火时转化为稳定的石墨相，这是由于在范围的末端处发生的诱导结构损伤。可变厚度掩模允许精确调节微通道形成的深度，从几μm深到样品的表面。通过横截面透射电子显微镜（TEM），我们表明，该技术允许直接写入的非晶（和石墨，在适当的热退火）的微观结构在三个空间方向上的绝缘金刚石基体内延伸，特别是埋在一个高度绝缘的矩阵中的通道出现和电连接到样品表面的特定位置。此外，通过在室温和变温下的电特性，我们调查的导电性和电荷传输机制的微通道通过在不同的离子注量注入和随后的热处理后，表明在高温退火后，以上的临界损伤密度注入的通道转换成一个稳定的石墨相。这些结构对于不同的应用具有显著的影响，例如紧凑的电离辐射检测器、剂量计、生物传感器以及更一般地具有埋置的三维全碳电极的基于金刚石的装置。
2012-04-13 cond-mat.mtrl-sci
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
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
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
Realization of a diamond based high density multi electrode array by means of deep ion beam lithography
在目前的工作中，我们报告了一种并行处理的离子束制造技术，从而可以在金刚石中创建高密度的亚表面石墨微结构。离子束注入是金刚石结构改性的有效工具：特别是离子损伤的金刚石可以转化为石墨，从而获得嵌入光学透明和高度绝缘基质中的导电相。建议的制造工艺包括深离子束光刻（DIBL）和聚焦离子束（FIB）铣削的组合。FIB微机械加工用于在由薄（<10 μ m）沉积金属层组成的接触掩模中限定微孔，离子通过所述微孔注入样品中。利用上述技术实现了原型单细胞生物传感器。该生物传感器具有16个独立的电极，会聚在直径为20 μ m的圆形区域内（典型的神经内分泌细胞大小），用于同时记录电流信号。
2014-12-06 cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
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
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
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
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
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
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
Direct fabrication and IV characterization of sub-surface conductive channels in diamond with MeV ion implantation
在本工作中，我们报告的sp2碳微通道埋在单晶金刚石的导电机制的调查。该结构的制造与一种新的技术，采用MeV聚焦离子束破坏金刚石结合可变厚度的掩模。该过程显著地改变了靶材料的结构特性，因为离子核能损失主要在离子范围的末端（几微米）诱导碳从sp3到sp2状态的转化。此外，在样品上放置具有增加厚度的掩模，可以在其端点处调节通道深度，从而允许其与表面电连接。在室温下用1.8 MeV He+离子注入单晶HPHT金刚石样品，注入能量密度设定在2.1 × 10^16 - 6.3 × 10^17离子cm^-2范围内，确定了3 μ m的掩埋微通道的形成。在通道的端点处沉积金属接触之后，进行电表征，测量在80-690 K范围内的可变温度下的I-V曲线。可变范围跳跃模型被用来拟合欧姆制度的实验数据，允许的特性参数，如在费米能级的局域态密度的估计。得到的值为5.5x10^17态cm-3 eV-1，与文献中先前报道的值令人满意地一致。在中等电场下，电流和电压之间的幂律依赖性与空间电荷限制机制一致。
2016-08-26 cond-mat.mtrl-sci
Chip-scale nanofabrication of single spins and spin arrays in diamond
我们展示了一种基于宽束氮注入通过电子束光刻胶中的孔纳米制造金刚石中的氮空位（NV）中心的技术。该方法能够实现在亚100 nm长度尺度上的单个NV中心的高通量纳米加工。二次离子质谱（SIMS）测量促进注入氮的深度剖析，以提供NV中心空间分布的三维表征。NV中心相干性与片上共面波导的测量表明，在未来的量子应用中，将这种可扩展的纳米纤维技术的途径。
2010-07-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Optical and electronic properties of sub-surface conducting layers in diamond created by MeV B-implantation at elevated temperatures
采用原位动态退火的硼注入方法在IIa型（100）金刚石中制备高导电的亚表面层，以研究超导相变。在这里，我们表明，高通量MeV离子注入，在升高的温度下避免石墨化，并可用于实现掺杂密度为6原子%。为了量化与注入相关的金刚石晶体损伤，进行拉曼光谱，证明高温退火恢复晶格。此外，低温电子输运测量显示接近金属-绝缘体转变的载流子密度的证据。在电子表征之后，进行二次离子质谱以绘制出注入板的离子分布。分析显示出与模拟的离子分布密切一致，假设考虑到由于器件制造而导致的金刚石密度的平均变化的比例因子。最后，数据表明，在高温退火过程中，硼的扩散可以忽略不计。
2016-06-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
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
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
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
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
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
