Efficient fabrication of high-density ensembles of color centers via ion implantation on a hot diamond substrate
本文提出在热金刚石衬底上进行高注量离子注入，提高空位密度阈值，从而高效制备高密度NV和MgV色心集合，用于量子传感。
2025-05-26 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Chromium single photon emitters in diamond fabricated by ion implantation
可控制造和识别明亮的单光子发射体是量子光学和材料科学的核心。在这里，我们展示了一个控制工程的铬明亮的单光子源在大块金刚石离子注入。Cr中心具有全偏振发射，ZPL中心在749 nm，FWHM为4 nm，寿命极短，约为1 ns，计数率为500 kcounts/s。通过结合极化测量和振动光谱，中心的模型已被提出由一个间隙铬原子与沿其中一个方向的跃迁偶极子<100>。
2010-01-25 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
High yield creation of germanium vacancy centers in diamond by focused ion beam implantation and high temperature annealing
Center for Integrated Quantum Science and Technology (IQST)（集成量子科学与技术中心）
本文通过聚焦离子束注入和高温退火，在金刚石中高效局域创建锗空位中心，实现深度5.5-30 nm内单中心创建，形成产率最高达33%。
2026-06-26 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Nitrogen-vacancy centers created by N$^+$ ion implantation through screening SiO$_2$ layers on diamond
我们报告的离子注入技术，利用由SiO $_2$制成的屏蔽掩模来控制深度分布和剂量。通过适当选择屏蔽层的厚度，该方法充分抑制了离子沟道，将NV密度最高的位置带到表面，有效地降低了三个数量级以上的剂量。在能量为10 keV、剂量为10 $^{11}$ cm $^2$的标准离子注入系统中，在没有额外刻蚀工艺的情况下，我们在靠近表面处产生了单个NV中心，相干时间为几十个$μ$ s。
2017-03-18 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Spectrally stable nitrogen-vacancy centers in diamond formed by carbon implantation into thin microstructures
金刚石中的氮空位中心（NV）具有特殊的自旋相干性和光学自旋初始化和读出的便利性，越来越多地用作量子传感器和量子网络的构建块。在这些应用中采用光子结构以使光子收集效率最大化通常导致发射器的光学线宽变宽，这通常通过氮离子注入产生。研究表明，只有天然氮原子有助于光学相干的NV，一个自然的结论是完全避免注入，或取代氮注入的空位产生的替代方法。在这里，我们表明，注入碳离子产生一个相当的密度的NV注入氮离子，它导致在NV人口与窄的光学线宽和低电荷噪声水平，即使在薄的金刚石微结构。对于薄于5 $μ$ m的结构，我们测量了150 MHz的中值NV线宽，没有增加线宽到最薄测量结构1.9 $μ$ m的趋势。我们提出了一种改进的NV创建程序，其中的注入后，而不是之前的金刚石制造过程中进行，并确认我们的结果在多个样品注入不同的离子能量和注量。
2022-12-05 cond-mat.mtrl-sci physics.optics 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
Tailoring spin defects in diamond
固体中原子大小的自旋缺陷是独特的量子系统。大多数应用需要纳米定位精度，这通常通过低能离子注入来实现。到目前为止，这种技术的一个缺点是对晶格的显著的残余重结晶引起的损伤，这强烈地降低了量子应用中自旋的性能。在这封信中，我们表明，电荷状态的重结晶引起的缺陷，极大地影响在热退火过程中的晶格缺陷的形成。我们证明，充电的空位定位在例如个别氮注入位点抑制形成的空位复合物，导致在一个十倍的改善自旋相干时间的单氮空位（NV）中心的金刚石。这是通过将注入缺陷限制在由纳米薄的掺硼金刚石结构产生的自由载流子的空间电荷层中来实现的。此外，观察到NV中心形成的产率提高了两倍。通过结合数值计算，这些结果，我们达到了一个定量的理解的形成和动态的注入自旋缺陷。所提出的结果为金刚石自旋缺陷量子器件和其他固态量子系统的改进工程铺平了道路。
2017-01-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Single-photon-emitting optical centers in diamond fabricated upon Sn implantation
本文报道了单晶金刚石中锡离子注入和退火后发光缺陷的形成。的相关光谱特征的光学中心（在593.5 nm，620.3 nm，630.7 nm和646.7 nm处的发射峰）归因于Sn相关的缺陷，通过其光致发光（PL）强度与注入注量的相关性。通过Hanbury-Brown-Twiss干涉测量法获得了Sn相关缺陷的二阶自相关发射函数，并对Sn相关缺陷进行了识别和表征。作为激发激光功率的函数的单光子发射制度的调查显示，锡相关的缺陷是基于三能级系统与6 ns的辐射衰减寿命。在一小部分的研究中心，闪烁的PL发射的观察是一个黑暗状态的存在表示。此外，从激发辐射的偏振与约45%的对比度的吸收依赖性进行了测量。这项工作揭示了与金刚石中的IV族杂质相关的新光学中心的存在，其具有与已知的Si-V和Ge-V发射体相似的光物理性质，从而从基本和应用的角度提供了感兴趣的结果。
2017-09-26 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
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
Ultra-smooth single crystal diamond surfaces resulting from implantation and lift-off processes
本发明提供了一种获得光滑单晶金刚石表面的方法，其中通过注入产生牺牲缺陷层，并在选择性蚀刻之前通过退火使牺牲缺陷层石墨化。我们使用的是240 keV的O+，主要工艺变量是离子注量（范围从3 × 10^15 cm^-2到3 × 10^17 cm^-2）和最终蚀刻工艺（湿法蚀刻、H2等离子体和空气中退火）。通过原子力显微镜、光学轮廓仪和白光X射线形貌术对衬底进行了表征。的各种工艺参数对所产生的剥离效率和最终的表面粗糙度的影响进行了讨论。研究发现，2 × 10^17 cm^-2的O+能量密度可以产生超过数十μ m^2的亚纳米级粗糙度。
2016-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Impact of helium ion implantation dose and annealing on dense near-surface layers of NV centers
本研究探究了氦离子注入剂量与退火温度对金刚石近表面NV中心层的影响，发现将注入剂量增至三倍可提升28%磁灵敏度，而1100°C额外退火仅提升6.6%，且更高剂量有望提升达70%。
2022-04-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Modification of the structure of diamond with MeV ion implantation
我们提出了实验结果和数值模拟研究离子注入单晶金刚石的结构力学性能的修改。一个唯象模型是用来推导的质量密度和弹性性能的变化作为在晶体中的损伤密度的函数的解析表达式。这些关系与SRIM蒙特卡罗模拟一起应用于建立有限元模拟，用于确定MeV离子注入金刚石样品的内部应变和表面变形。通过与高分辨率X射线衍射和白光干涉轮廓术实验的比较，验证了结果。前者进行180 keV B注入金刚石样品，以确定诱导的结构变化，在晶格间距和无序，而后者进行1.8 MeV He注入金刚石样品，以测量表面膨胀。热处理对受损金刚石的结构-机械性质的演变的影响也通过在1000 °C下退火后进行相同的轮廓测量来评估，并且用适当修改的分析模型对所获得的趋势进行建模。结果允许发展的相干模型描述的影响，兆电子伏离子引起的损伤单晶金刚石的结构力学性能。特别是，我们建议一个更可靠的方法来确定所谓的金刚石“石墨化阈值”所考虑的注入类型。
2016-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Tuning the surface energy of fluorinated diamond-like carbon coatings via plasma immersion ion implantation plasma-enhanced chemical vapor deposition with 1,1,1,2-tetrafluoroethane
本文提出利用PIII-PECVD和1,1,1,2-四氟乙烷制备氟掺杂类金刚石碳涂层，实现氟含量高达40%，并证实氟掺入可降低表面能，适用于生物医学和抗污损表面。
2025-05-02 cond-mat.mtrl-sci
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
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
Finite element analysis of ion-implanted diamond surface swelling
我们目前的实验结果和数值有限元分析来描述由于在金刚石衬底进行MeV离子注入的埋石墨状夹杂物的创建表面肿胀。数值预测相比，实验数据MeV的质子和氦的质子，扫描离子微束进行。在这两种情况下，用白光干涉轮廓术测量溶胀值。模拟是基于一个模型，该模型占整个厚度的材料中的机械参数的变化，作为离子类型，注量和能量的函数。表面变形轮廓和内部应力分布进行了分析，数值结果被认为是充分拟合实验数据。结果使我们能够得出结论的结构损伤机制在金刚石不同MeV的离子束。
2016-08-29 cond-mat.mtrl-sci
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
Increasing the coherence time of single electron spins in diamond by high temperature annealing
通过离子注入产生的金刚石中的带负电荷的氮空位（NV $^-$）中心通常显示出与晶体生长期间产生的NV不同的性质。我们观察到，与“天然”NVs相比，由四种不同能量（30-300 keV）的氮离子产生的NVs显示出短得多的电子自旋相干时间$T_2$，并且我们可以发现$T_2$对注入能量的任何依赖性。此外，我们还发现，约10%的人显示从NV $^-$到NV $^0$的转换。我们开发了一种方法，以增加$T_2$的单NV $^-$中心的退火样品在$t=1200 {\circ}$ C，而在同一时间的分数的NV显示放电大大减少。
2010-12-01 cond-mat.mtrl-sci 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
Surface transfer doping of hydrogen-terminated diamond probed by shallow nitrogen-vacancy centers
该研究利用不同注量氮离子注入在氢终端金刚石表面下制备浅层NV中心，通过光致发光、ODMR和表面导电性测量，揭示能带弯曲不仅由功函数差决定，还受表面受主有限密度制约，为氢终端金刚石电子器件设计提供关键依据。
2024-08-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Efficient creation of shallow NV$^-$ ensembles by high-angle ion implantation
The University of Tokyo（东京大学）；National Institute of Advanced Industrial Science and Technology（国立产业技术综合研究所）；National Institute for Materials Science（国立材料研究所）
本文通过高角度离子注入（>60°）提高浅层NV$^-$中心的制备效率，实现近10%产率和低于10nm深度，且相干性质优异，可用于检测范德瓦尔斯材料中的核自旋。
2026-09-22 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Fluorine-based color centers in diamond
我们报告的创建和高纯度的金刚石基板的荧光特性的F离子注入和随后的热退火的表征。它们的室温光致发光发射由558 nm处的弱发射线和600 - 750 nm光谱范围内的强带组成。在液态He温度下的表征揭示了在600 - 670 nm光谱范围内存在一组结构化的谱线。我们讨论了不同的实验参数，如工作温度和激发波长的F相关的光学中心的发射特性的依赖关系。的相关性的发射强度与F注入的注量，和独家观察上述光谱特征的F-注入和退火的样品提供了一个强有力的指示，所观察到的发射功能相关的稳定的含F缺陷的复杂的金刚石晶格。
2020-12-09 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph quant-ph
Extending spin coherence times of diamond qubits by high temperature annealing
金刚石中带负电荷的氮空位（NV $^-$）缺陷的自旋是固态量子比特最有希望的候选者之一。含有这些自旋携带缺陷的量子器件的制造需要位置受控地引入具有优异性质（诸如光谱稳定性、长自旋相干时间和稳定负电荷状态）的NV $^-$缺陷。氮离子注入和退火使得NV $^-$自旋量子比特的定位具有高精度，但迄今为止，以这种方式产生的量子比特的相干时间很短，可能是因为存在残余辐射损伤。在目前的工作中，我们表明，在1000 $^\circ$ C的高温退火允许2毫秒的相干时间在室温下实现。这些结果是在高纯度、99.99% $^{12}$ C富集的单晶化学气相沉积金刚石中由还原产生的NV $^-$缺陷获得的。我们讨论这些显着长的相干时间的背景下，剩余缺陷自旋的热行为。[发表于Physical Review B { \bf{88} }，075206（2013）]
2013-09-17 cond-mat.mtrl-sci 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
Spin properties of dense near-surface ensembles of nitrogen-vacancy centres in diamond
本文研究了氮离子注入金刚石近表面氮空位（NV）中心形成的致密层的自旋性质。光学检测的磁共振对比度和线宽，自旋相干时间，和自旋弛豫时间，测量作为注入能量，剂量，退火温度和表面处理的函数。为了跟踪存在的损伤和表面相关的自旋缺陷，我们进行原位电子自旋共振光谱通过双电子-电子共振和交叉弛豫光谱的NV中心。我们发现，对于能量（$4-30$ ~keV）和剂量（$5\times10^{11}-10^{13}$ ~ions/cm $^2$）的范围内考虑，NV的自旋性质主要是由剂量通过残留的重结晶诱导的顺磁缺陷，但由此产生的磁灵敏度基本上是独立的剂量和能量。然后，我们表明，磁灵敏度显着改善高温退火在$\geq1100^\circ$ C。此外，除了自旋弛豫时间，这是显着减少的自旋性质没有显着影响氧退火。最后，通过核磁共振测量确定平均NV深度，在4-6 keV注入能量下给出$\approx10$ ~ 17 nm。这项研究揭示了为高灵敏度传感和成像应用创造近表面NV中心密集层的最佳条件。
2018-02-04 cond-mat.mtrl-sci
Plasma treatments and photonic nanostructures for shallow nitrogen vacancy centers in diamond
我们研究了等离子体处理，特别是0 V偏压，潜在的低损伤O $_2$等离子体以及偏置Ar/SF $_6$ /O $_2$等离子体对浅，负氮空位（NV $^-$）中心的影响。我们使用纯电感耦合的0 V偏压等离子体进行点火和维持。为此，我们对高纯度化学气相沉积单晶金刚石（SCD）的表面进行预处理。随后，我们通过注入和退火产生$\sim$ 10 nm深的NV $^-$中心。在退火的SCD表面上，我们制造了纳米柱结构，其有效地波导浅NV $^-$的光致发光（PL）。表征这些纳米柱内的单个NV $^-$，我们发现Ar/SF $_6$ /O $_2$等离子体处理淬灭NV $^-$ PL，即使考虑到离子注入后的退火和清洁步骤去除任何表面终止。相比之下，对于我们的0 V偏压以及偏压O $_2$等离子体，我们观察到稳定的NV $^-$ PL和来自光子纳米结构的低背景荧光。
2019-11-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Generation of Ensembles of Individually Resolvable Nitrogen Vacancies Using Nanometer-Scale Apertures in Ultrahigh-Aspect Ratio Planar Implantation Masks
在金刚石中开发磁耦合量子寄存器的核心挑战是制造具有低于~20 nm的定位的氮空位（NV）中心，以实现与NV退相干速率相比的快速偶极相互作用。在这里，我们展示了使用厚度为270纳米且特征尺寸低至~1纳米的掩模来有针对性地高通量形成NV中心。超分辨率成像分辨具有$26\pm7$ nm的全宽最大分布和$16\pm5$ nm的NV-NV分离分布的NV。
2014-12-20 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Generation of single colour centers by focussed nitrogen implantation
用氮离子注入法在金刚石中产生了单缺陷中心。用单缺陷中心荧光显微镜对缺陷进行了研究。光学和EPR谱明确地表明，所产生的缺陷是氮空位色心。氮通量的分析与氮空位中心的数目的测定一起产生，平均每个缺陷中心需要注入两个2 MeV的氮原子。
2005-05-03 cond-mat.mtrl-sci
Direct fabrication of three-dimensional buried conductive channels in single crystal diamond with ion microbeam induced graphitization
我们报道了一种利用聚焦MeV离子在单晶金刚石中制作三维埋石墨微通道的新方法。使用具有亚微米级梯度厚度的注入掩模允许形成以可控深度嵌入绝缘基质中的导电通道。特别地，在其端点处的通道深度的调制允许通道终端的表面接触，而不需要进一步的制造阶段。在目前的工作中，我们描述了样品掩蔽，其中包括在样品表面上的半球形金接触的沉积，然后通过MeV离子注入。由于原始和非晶或石墨化金刚石的密度之间的显着差异，掩埋通道的形成对金刚石结构具有相关的机械效应，导致局部表面溶胀，这已经用干涉轮廓术和原子力显微镜测量。然后用两点探针站测量掩埋通道的电特性：给出了明确的证据，即只有通道的端点与表面电连接，而其余的通道延伸到表面以下。IV测量也定性调查的注入注量和退火的函数的通道的电性能。
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
Photoluminescence of lead-related optical centers in single-crystal diamond
我们报道了离子注入和随后的热退火过程中金刚石中与铅有关的色心的产生和表征。他们的光致发光（PL）制度的光发射由一个关节的光谱与强烈的发射峰在552.1 nm和556.8 nm，伴随着一组额外的线在535700 nm范围内。PL发射稳定的Pb基缺陷的属性是由其强度与Pb离子的注入注量的相关性所证实的，而没有报告的功能在注入C离子的参考样品中观察到。此外，作为样品温度（143-300 K范围）的函数和在不同激发波长（532 nm，514 nm，405 nm）下进行的PL测量表明，在Pb注入金刚石中观察到的复杂光谱特征可能与各种不同的缺陷和/或电荷状态有关。这项工作是根据以前的报告，在金刚石的光学活性中心的基础上，第四族杂质，如硅，锗和铅。从长远来看，对这组缺陷复合物的全面研究可以对它们的形成和光物理性质中涉及的共同特征带来重要的见解，从而为新一代量子光学器件的开发提供坚实的基础。
2018-06-05 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
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
Engineering chromium related single photon emitters in single crystal diamond
金刚石中的色心作为单光子发射体，由于其室温操作和光稳定性，是未来量子器件的主要候选者。最近发现的铬相关中心是特别有吸引力的，因为它们具有窄带宽的发射和非常短的寿命。在本文中，我们调查的制造方法，工程师在单片金刚石这些中心。我们表明，发射器可以成功地制造与氧或硫的铬离子注入。此外，我们的研究结果表明，背景氮浓度是一个重要的参数，它决定了成功产生这些中心的概率。
2010-09-29 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Can surface-transfer doping and UV irradiation during annealing improve shallow implanted Nitrogen-Vacancy centers in diamond?
据报道，如果费米能级在注入后的退火步骤期间升高或降低，则离子注入的NV中心的转换产率和相干时间提高。在这里，我们调查是否表面转移掺杂和表面充电，紫外线，可以利用诱导这种效果。我们分析的相干时间和产量的NV中心离子注入和退火，在退火过程中施加各种条件。具体而言，我们研究了用镍，钯或氧化铝涂覆金刚石，以诱导正表面转移掺杂，以及在紫外线照射下退火以引发空位充电。金属涂覆的金刚石显示出比其他样品高两倍的形成产率。相干时间$T_2$在所研究的样本之间的变化小于2倍。这两种效应都弱于以前的报告，这表明更强的修改能带结构是必要的，以找到一个显着的效果。UV照射对产率和$T_2$倍无影响。
2020-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Creating diamond color centers for quantum optical applications
金刚石中的氮空位（NV）中心作为固态量子比特具有独特的前景。这是因为它们具有大的偶极矩、方便的能级结构和很长的室温相干时间。通常，离子辐照和随后的退火的组合用于创建中心，然而对于量子计算的严格要求，需要优化所有工艺，并且必须减轻由于注入工艺本身引起的残余损伤引起的退相干。为此，我们研究了由2 MeV He离子注入形成的NV $^-$、NV $^0$和GR 1心的光致发光（PL）。样品在$600^{\circ}$ C下退火以使残余空位扩散最小化，从而允许同时分析来自NV中心的PL和辐照诱导空位（GR 1）。我们发现随着离子注量的增加，非单调的PL强度，单调增加的PL在NV $^0$ /NV $^-$和GR 1/（NV $^0$ + NV $^1$）的比例，并增加非均匀加宽的零声子线的离子注量。所有这些结果都为NV量子比特的最佳形成条件提供了重要的启示。我们将我们的研究结果应用到一个非共振光子量子存储方案，使用振动边带。
2007-10-29 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Creation and characterization of He-related color centers in diamond
金刚石在量子光学、量子信息和量子传感等领域有着广泛的应用前景。因此，制造和表征具有合适的光物理性质的新型发光缺陷对于这些研究领域的进一步发展至关重要。在这项工作中，我们报告的调查，在光致发光（PL）缺陷的形成后，MeV的He注入金刚石。这种色心，以前只报道在电致发光和阴极射线发光制度，表现出两个尖锐的发射线在536.5 nm和560.5 nm，没有显着的声子边带。在10^15-10^17 cm^{-2}注量范围内，上述发射线的PL强度与He注入注量有很强的相关性。在对照样品中未检测到PL发射特征，对照样品即未经辐照或用不同离子种类（H、C）辐照的样品。此外，PL发射线消失的样品，氦注入石墨化阈值以上。因此，PL特征归因于与He杂质相关的金刚石基质中的光学活性缺陷。536.5 nm和560.5 nm发射线的强度作为金刚石衬底的退火温度的函数进行了研究。在高于500°C的温度下退火时观察到发射，代价是同时降低中性空位相关的GR 1发射强度。因此，我们的研究结果表明，发光起源于一个稳定的晶格缺陷的形成。最后，在不同的激光激发波长（即532 nm和405 nm）下的发射进行了研究，目的是获得一个初步的洞察有关的水平在金刚石的能隙的位置。
2016-06-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Fabrication of thin diamond membranes for photonic applications
高品质的，薄的金刚石膜含有氮空位中心提供了关键优势，在制造金刚石基结构的各种应用，包括宽场磁场，光子学和生物传感。在这项工作中，我们详细描述了薄的，光学活性的金刚石膜的离子注入和过度生长的装置的产生。为了建立我们的方法的光子应用的适用性，品质因数为1000的光子晶体腔制造。
2012-09-29 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
High pressure, high temperature molecular doping of nanodiamond
作为新兴量子技术基础的钻石色心的发展受到离子注入产生适当缺陷的需要的限制。我们提出了一种不需要离子注入的多功能掺杂金刚石的方法，通过合成掺杂的无定形碳前驱体和在高温高压下的转变。为了探索这种自下而上的色心产生方法，我们合理地在纳米金刚石中产生硅空位缺陷，并研究它们用于光学压力计量。此外，我们表明，这个过程可以产生惰性气体缺陷金刚石从典型的惰性氩气压力介质，这可以解释在其他高压实验中观察到的滞后效应和一些陨石纳米金刚石中的惰性气体的存在。我们的研究结果说明了一个一般的方法来产生钻石色心，并可能使设计缺陷的控制产生。
2018-04-01 cond-mat.mtrl-sci
Magnesium-vacancy optical centers in diamond
我们提供了第一个系统的表征的结构和光致发光特性的光学活性的缺陷中心后，在人造金刚石注入30-100 keV的Mg+离子。通过在室温和800 °C下进行的27 Mg掺杂的发射沟道技术研究了Mg相关缺陷的结构构型，这允许鉴定与MgV络合物的分裂空位结构相容的位点中的大部分Mg原子（~30-42%）。在置换位点上发现较小比例的Mg原子（~13-17%）。在5 K和300 K之间的温度范围内，在集合和单个缺陷水平下研究了光致发光发射，提供了与MgV相关的发射特性的详细图片，并揭示了以前未报道的光谱特征的发生。的MgV中心的光激发性也进行了研究，作为一个功能的光激发波长，使确定光稳定和强烈的发射的最佳条件。初步的实验数据和理论模型在文献中的上下文中讨论的结果，具有吸引力的观点利用的可调性能的MgV中心的量子信息处理应用。
2022-06-17 cond-mat.mtrl-sci 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
Coupling of silicon-vacancy centers to a single crystal diamond cavity
研究了硅空位（SiV）中心与单晶金刚石微盘腔的光学耦合。该腔体是由离子注入和电化学剥离，然后由同质外延过生长所产生的单晶金刚石膜。测量了与SiV中心的零声子线（ZPL）光谱重叠并表现出品质因数~2200的回音壁模式。与腔外膜中的SiV中心相比，观察到腔中SiV中心的寿命从1.8 ns减少到1.48 ns。这些结果对于开发金刚石集成光子学网络至关重要。
2011-11-29 cond-mat.mtrl-sci
Spectral emission dependence of tin-vacancy centers in diamond from thermal processing and chemical functionalization
我们报告了一个系统的光致发光（PL）的光谱发射特性的研究在离子注入和退火后，在金刚石中制造的个别光学缺陷。在620 nm、631 nm和647 nm处的三条谱线被识别并归因于SnV中心，这是由于它们出现在非常相同的单光子发射缺陷的PL光谱中。我们表明，这三个光谱特征的相对发生率可以通过氧化热退火后的样品表面进行修改。最后，我们报告了每一类单个发射体的相关发射性质，包括激发态发射寿命和发射强度饱和参数。
2021-06-14 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
Isotopic identification of engineered nitrogen-vacancy spin qubits in ultrapure diamond
氮杂质有助于稳定金刚石中NV $^-$的负电荷状态，而来自氮自旋的磁波动导致NV $^-$量子位的退相干。目前还不知道什么样的供体浓度可以优化这些相互冲突的要求。在这里，我们使用10-MeV的$^{15}$ N $^{3+}$离子注入在超纯金刚石中产生NV $^-$。光学检测的单中心磁共振显示从$^{15}$ N $^{3+}$离子产生$40\pm3$ %的高产率和从$^{14}$ N杂质产生$56\pm3$ %的额外产率。高温退火用于减少残余缺陷，并且即使在0.06 ppb的稀$^{14}$ N杂质浓度中也产生电荷稳定的NV $^-$，具有长相干时间。
2014-09-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Towards wafer-scale diamond nano- and quantum technologies
我们调查原生氮（NV）和硅空位（SiV）色心在市售的，异质外延，晶圆大小，毫米厚，单晶金刚石。我们观察到单一的，原生NV中心的密度约为1 NV每$μm^3$和适度的相干时间（$T_2 = 5 μs$）嵌入在一个合奏的SiV中心。SiV零声子线精细结构的低温光谱证明了金刚石的高结晶质量，特别是靠近生长表面，与降低的位错密度一致。使用离子注入和等离子体刻蚀，我们验证了制造浅色心纳米结构的可能性，使我们的金刚石材料有望用于制造纳米级传感器件。由于这种金刚石的晶片尺寸高达$100 mm$，因此它提供了扩大金刚石基器件制造的机会。
2018-10-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Oxygen in diamond: thermal stability of ST1 spin centres and creation of oxygen-pair complexes
Felix-Bloch Institute for Solid-State Physics, Universität Leipzig（莱比锡大学）；Physics Department, University of Torino（都灵大学）；Instituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), Sezione di Torino（意大利国家核物理研究所）；Instituto Nazionale di Ricerca Metrologica (INRiM)（意大利国家计量研究所）；IRCP, CNRS, PSL Research University（巴黎文理研究大学）；LSPM-CNRS, UPR 3407, Université Sorbonne Paris Nord（索邦巴黎北大学）；GEMaC-CNRS/USVQ, Université Paris-Saclay（巴黎萨克雷大学）
本研究通过离子注入揭示了钻石中ST1自旋中心的热稳定性及氧双原子复合物的形成条件，为理解氧相关缺陷的原子结构提供了关键数据。
2026-01-07 cond-mat.mtrl-sci
Spatially controlled fabrication of single NV centers in IIa HPHT diamond
采用光刻掩模氦离子注入法在高温高压Ⅱ a金刚石中制备了单NV心。定量地比较了HPHT不同生长区的NV中心浓度。结果表明，HPHT金刚石的最纯{001}生长扇区（GS）允许在预定位置创建单个NV中心的组。因此，{001} GS HPHT钻石被认为是涉及单NV中心应用的良好材料。
2019-12-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Conversion of neutral nitrogen-vacancy centers to negatively-charged nitrogen-vacancy centers through selective oxidation
中性氮空位中心带负电荷的氮空位中心的转换被证明是由离子注入和退火在高纯金刚石中心。当表面暴露于465 C的氧气气氛时发生转化。电荷转换中心的光谱特性进行了研究。接近金刚石表面的氮空位中心的电荷状态控制是将这些中心集成到用于量子信息和磁传感应用的设备中的重要一步。
2010-01-29 cond-mat.mes-hall 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
Charge dynamics in near-surface, variable-density ensembles of nitrogen-vacancy centers in diamond
虽然表面浅氮空位（NV）中心的自旋特性已被广泛审查的主题，相当少的注意力一直致力于研究金刚石表面附近的NV电荷转换的动力学。使用多色共聚焦显微镜，在这里，我们表明，近表面点缺陷所产生的高密度离子注入显着增加的电离和重组率相比，在散装金刚石的浅NVs。此外，我们发现，这些速率线性增长，而不是二次方与激光强度，表明单光子过程，使NV状态混合与其他缺陷状态。伴随着这些发现，我们观察到NV电离和复合在黑暗中，可能是电荷转移到邻近的陷阱的结果。尽管改变的电荷动力学，我们表明，一个可以压印的，持久的图案的充电初始化，近表面的NV在大面积上，一种能力，可以利用电化学生物传感或光学存储数字数据集与子衍射分辨率。
2018-06-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Induced spin-orbit coupling in silicon thin films by bismuth doping
我们证明了在硅（Si）薄膜中掺杂铋（Bi），一种重金属，使用离子注入的自旋轨道耦合的增强。测量了Bi注入前后磷掺杂Si低温电导的量子修正，以探测自旋-轨道耦合的增加，并观察到明显的磁导信号变化：Bi掺杂使磁导从弱局域化转变为弱局域化和弱反局域化之间的交叉。估算了Si中的弹性扩散长度、相位相干长度和自旋轨道耦合长度，发现在2K时，Bi掺杂后的自旋轨道耦合长度（Lso = 54 nm）与相位相干长度（L_（max）= 35 nm）为同一数量级.这从实验上证明了Si薄膜中的自旋-轨道耦合强度可以通过重金属掺杂来调节。
2018-10-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Damage accumulation induced metal-insulator transition through ion implantation of ScN thin films
PPRIME Institute, CNRS, Université de Poitiers–ENSMA（普雷米研究所，法国国家科学研究中心，普瓦捷大学-国立高等机械工程学院）；Inorganic Chemistry, Department of Chemistry - Ångström, Uppsala University（乌普萨拉大学Ångström化学系无机化学）；Thin Film Physics Division, Department of Physics, Chemistry and Biology (IFM), Linköping University（林雪平大学物理、化学和生物学学院薄膜物理分部）
通过离子注入诱导ScN薄膜损伤积累，揭示了低剂量和高剂量下不同缺陷生成机制，以及缺陷景观对金属-绝缘体转变和局域化强度的影响。
2026-02-06 cond-mat.mtrl-sci
Nonreciprocal Spin-Wave Propagation in Anisotropy-Graded Iron Films Prepared by Nitrogen Implantation
本文研究氮注入制备的梯度FeN膜，发现氮注入诱导膜厚方向各向异性梯度分布，改变自旋波空间局域化并产生频率不对称，且可通过注入剂量调控，为磁振子器件提供新功能途径。
2025-04-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
