All-optical thermometry and the thermal properties of the optically detected spin resonances of the NV center in nano-diamond
金刚石中带负电荷的氮空位中心是量子纳米计量学和生物传感的前沿。近年来，利用纳米金刚石中NV中心的自旋共振，将高灵敏度测温技术应用于亚细胞生物学和生物医学研究，引起了人们的广泛关注。在这里，我们报告了一个全面的调查中心的自旋共振的热性质，并展示了一种替代的全光学NV测温技术，利用该中心的光学德拜-沃勒因子的温度依赖性。
2015-02-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optically Detected Cross-Relaxation Spectroscopy of Electron Spins in Diamond
磁共振（MR）光谱学在逐渐变小的长度尺度上的应用最终可能允许在材料和生物复合物的表面对自旋进行“化学成像”。特别地，金刚石中的带负电荷的氮空位（NV-）中心已被利用作为用于纳米级核磁共振的光学换能器。然而，检测到的自旋的光谱通常通过它们与邻近的顺磁NV-中心通过相干和非相干机制的相互作用而加宽。在这里，我们展示了一种检测技术，可以解决电子自旋耦合到NV-中心，即取代氮（NS）和中性氮空位（NV 0）中心的金刚石，通过光学检测交叉弛豫光谱。这些自旋的超精细光谱是一个独特的化学标识符，这表明，结合最近的结果，在钻石窝藏浅NV-植入物的可能性，可以类似地检测到的钻石外部的自旋的光谱。
2013-12-21 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Optically detected magnetic resonance in neutral silicon vacancy centers in diamond via bound exciton states
金刚石中的中性硅空位（SiV0）中心由于其优异的光学性质和较长的自旋相干时间而成为量子网络的理想候选者。然而，由于对激发态精细结构的理解不足和有限的非共振自旋极化，这种缺陷中的自旋相关荧光一直是难以捉摸的。在这里，我们报告的实现光学检测磁共振和相干控制的SiV0中心在低温下，使有效的光学自旋极化通过以前未报道的更高的激发态。我们用群论和密度泛函理论将这些态指定为束缚激子态。这些束缚激子状态使新的控制方案SiV0以及其他新兴的缺陷系统。
2020-12-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Excited-state spectroscopy of single NV defects in diamond using optically detected magnetic resonance
利用脉冲光探测磁共振技术，我们直接探测了金刚石中单个氮空位色心激发态的电子自旋共振跃迁。根据NV缺陷光致发光寿命的变化，对激发态的精细结构进行了无环境指认。这项研究提供了显着的洞察发射3E激发态的结构，这是非常宝贵的钻石为基础的量子信息处理的发展。
2009-02-10 quant-ph
Optically Switched Phonon Superradiance of Surface Acoustic Wave in Diamond
Tongji University（同济大学）
通过光学驱动氮空位中心能级跃迁增强自旋-声子耦合，在弱耦合区域触发表面声波声子超辐射相变，实现可调控的固态量子器件。
2026-06-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
High-contrast two-quantum optically detected resonances in NV centers in diamond in zero magnetic field
Ioffe Institute, Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院IOFFE研究所）
研究在零磁场下利用双频共振激发实现NV中心的磁共振谱，展示磁场无关共振特性及应用潜力。
2019-04-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optically detected flip-flops between different spin ensembles in diamond
本文利用磁共振光探测技术研究了金刚石中不同晶向的氮空位色心与替位氮缺陷之间的偶极相互作用。我们演示了共振自旋翻转（第二拉莫尔线）的光学测量，和不同的自旋合奏钻石之间的触发器。此外，利用光学探测研究了氮空位色心与体声波模之间的应变耦合。我们的研究结果可能有助于优化交叉极化协议，这反过来又可以提高基于金刚石的探测器的灵敏度。
2021-03-16 quant-ph
Optically Coherent Nitrogen-Vacancy Centers in HPHT Treated Diamonds
本研究提出一种非破坏性高温高压退火方法制备光学相干NV中心，获得窄线宽（<100 MHz）的可分辨NV中心，为量子信息科学中高性能人工缺陷的制造提供了新途径。
2024-09-26 cond-mat.mes-hall 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
Generation of nitrogen-vacancy ensembles in diamond for quantum sensors: Optimization and scalability of CVD processes
金刚石中的氮空位（NV）中心的集合体是实用量子传感器的领先平台。具有所需性能的NV系综的可重复和可扩展制造至关重要。这项工作通过开发化学气相沉积（CVD）合成工艺来解决这些挑战，以大规模生产具有针对目标NV密度的改善的NV系综性质的金刚石材料。在这项工作中报告的材料，使当前设备的灵敏度立即改善。此外，在这项工作中建立的技术，在CVD合成过程的不同阶段的材料和传感器表征提供指标，为未来的努力，针对其他NV密度或样品的几何形状。
2020-04-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Optically Induced Polarization and Depolarization of an Electron Spin in a Nitrogen-Vacancy Center of Diamond Nano-crystals
脉冲激光激发使金刚石中氮空位中心的发光随脉冲能量的增加而意外地减弱。在带负电荷和中性的中心都观察到这种减少，并且是由两种类型的中心的发光寿命缩短引起的。在黑暗中，发光在10微秒的时间尺度上没有显示出任何恢复，但只要三个低强度脉冲就可以使发光恢复到先前的更亮状态。外部磁场可降低效应的幅度。这些现象的基础上的光学极化和电子自旋的去极化的一种可能的机制。
2011-08-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Diamond chemical vapor deposition on optical fibers for fluorescence waveguiding
已经开发了一种用于在光纤端面上沉积金刚石晶体并将金刚石中的光学活性缺陷产生的荧光捕获到光纤中的技术。这封信详细介绍了金刚石在光纤上的生长和荧光从金刚石中的氮空位（N-V）色心通过光纤的传输。在化学气相沉积（CVD）生长过程中纳入的缺陷浓度的控制也被证明。这是发展基于金刚石中光学活性缺陷中心的光纤耦合单光子源的第一个关键步骤。
2004-11-10 cond-mat.mtrl-sci 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
Radiofrequency response of the optically detected level anti-crossing signal in NV color centers in diamond in zero and weak magnetic fields
Ioffe Institute（约费研究所）
研究钻石中NV色心在零磁场和弱磁场下光学探测能级反交叉信号对准共振射频场的响应，揭示其复杂结构由Autler-Townes分裂解释，并探讨了通过外部磁场低频调制控制信号参数的可能性。
2022-01-19 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Room-Temperature in situ Nuclear Spin Hyperpolarization from Optically-Pumped Nitrogen Vacancy Centers in Diamond
我们报告了通过高场核磁共振（NMR）观察到的13 C核自旋的体，室温超极化。超极化是通过光泵浦金刚石中的氮空位缺陷中心并伴随动态核极化来实现的。该技术利用室温下NV中心的大的光致自旋极化，其比热平衡极化大许多数量级，并且通常仅在亚开尔文温度下可实现。自旋极化到13 C核自旋的转移是通过OP和微波辐射的组合来完成的。OP/DNP在420 mT下进行，其中NMR的感应检测是可行的，与通常在100 mT和50 mT下利用的水平反交叉机制相反。在这里，我们报告了6%的体核自旋极化。这种极化是在原位产生的，并检测到一个标准的，感应NMR探针，而不需要样品穿梭或精确的晶体取向。通过OP/DNP的超极化应该在任意磁场下操作，使得能够在环境条件下对固体和液体的NMR进行数量级的灵敏度增强。
2015-01-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Prediction and measurement of the size-dependent stability of fluorescence in diamond over the entire nanoscale
非细胞毒性金刚石纳米颗粒中的荧光缺陷是量子计算中的量子比特、生物医学成像中的光学标记和磁力测量中的传感器的候选者。对于每种应用，这些缺陷需要是光学和化学稳定的，并且以合适的浓度（单个或大量）包含在单个颗粒中。在这封信中，我们结合模拟，理论和实验，提供第一个全面和通用的预测的尺寸，温度和氮浓度依赖的光学活性NV缺陷的稳定性纳米金刚石。
2009-08-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci q-bio.QM
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
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
Mitigating the Transition of SiV$^-$ in Diamond to an Optically Dark State
本研究通过共振激光与静态电场结合，实现钻石中SiV⁻态的电荷状态可控，提升量子光子技术的应用潜力。
2025-12-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Cross-relaxation studies with optically detected magnetic resonances in nitrogen-vacancy centers in diamond in an external magnetic field
本文研究了金刚石晶体中氮空位（NV）中心与替位氮之间的交叉弛豫。结果表明，光学检测磁共振信号（ODMR）可以用来测量这些信号成功。在轴向磁场值约为51.2 mT时，在具有相对高的氮浓度（200 ppm）的金刚石样品中检测到ODMR。我们观察到的过渡，涉及分裂的超精细相互作用的磁子级。使用频率范围为1.3 GHz至1.6 GHz（$m_S=0\longrightarrow m_S=-1$ NV跃迁）和4.1 GHz至4.6 GHz（$m_S=0\longrightarrow m_S=+1$ NV跃迁）的微波。为了更详细地理解交叉弛豫过程，并因此更准确地再现测量信号，开发了一种模型，该模型描述了NV中心的超精细能级之间的微波引发的跃迁，该超精细能级正在经历反交叉并在所施加的磁场中强烈混合。此外，我们模拟了在何种程度上的微波辐射用于诱导ODMR在NV中心也诱导过渡的替代氮通过交叉弛豫。在磁场存在下的NV过程的改进的理解将是有用的设计NV-金刚石为基础的设备的广泛的应用，从实施的q位的大分子的超极化的各种量子技术的应用，如场传感器。
2020-07-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Real-time estimation of the optically detected magnetic resonance shift in diamond quantum thermometry
我们研究了纳米金刚石（ND）中氮空位（NV）中心的光学检测磁共振（ODMR）频移的实时估计方案。将多点ODMR测量和ND粒子跟踪有效地集成到荧光显微镜中，最近已经证明了对活体动物体内温度的稳定监测。我们详细分析了多点ODMR测量技术（3点、4点和6点方法），并量化了由于实验硬件和ODMR光谱形状的仪器误差而产生的几个系统误差导致的测量伪影量。我们提出了一种实用的方法，以尽量减少这些因素的影响，它允许测量准确的温度的单个ND在动态热事件。我们还讨论了集成的噪声滤波器，数据估计协议，和可能的文物进一步发展，实时温度估计。本研究提供了量子金刚石测温的技术细节，并讨论了可能影响生物应用中温度估计的因素。
2020-06-12 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
A diamond nanophotonic interface with an optically accessible deterministic electronuclear spin register
本文提出一种光纤封装的金刚石纳米光子接口，利用锡空位色心与$^{117}$Sn核自旋实现高保真光学核自旋初始化与读出，并在无磁场下展示自旋门控单光子非线性，为可扩展量子网络提供多功能量子节点。
2023-05-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Sidebands in Optically Detected Magnetic Resonance Signals of Nitrogen Vacancy Centers in Diamond
我们研究了金刚石中与其他顺磁杂质耦合的带负电荷的氮空位（NV）中心的光学检测磁共振（ODMR）信号的特征。我们的研究结果是重要的理解ODMR线的形状和基于NV中心的设备的优化。我们通过研究它们的磁场和微波功率依赖性来确定未扰动NV磁共振的几个侧面特征的起源。侧共振分离约130 MHz是由于NV中心和最近邻C-13核自旋之间的超精细耦合。分离约{40，260，300} MHz的侧共振被发现起源于同时自旋翻转的NV中心和单取代氮原子。所有结果与理论计算结果一致。
2013-06-06 physics.atom-ph quant-ph
Optically coherent nitrogen-vacancy defect centers in diamond nanostructures
光学活性的固态自旋缺陷具有成为量子信息处理应用的多用途资源的潜力。金刚石中的氮空位缺陷中心（NV）充当量子存储器，并且可以通过相干光子进行接口，如纠缠协议所示。然而，特别是在金刚石纳米结构中，光谱扩散的影响导致光学退相干，阻碍纠缠的产生。在这项工作中，我们提出的策略，以显着降低金刚石纳米结构的电噪声。我们展示了纳米柱中的单NV，其在一秒的时间尺度上表现出寿命有限的线宽，并且在三分钟内具有低至150 MHz的非均匀线宽的长期光谱稳定性。激发功率和能量相关的测量结合纳米蒙特卡罗模拟有助于更好地了解体积和表面缺陷对NV的光谱特性的影响。最后，我们提出了一个纠缠协议的纳米结构耦合的NV提供纠缠产生速率高达数百kHz。
2022-03-10 physics.optics quant-ph
Dressed-State Polarization Transfer between Bright & Dark Spins in Diamond
在环境条件下，固态系统中的自旋杂质被发现处于热混合状态并且是光学“暗”的，即，自旋状态不能被光学控制。金刚石中的氮空位（NV）中心是一个例外，因为电子自旋状态是“明亮的”，即，它们可以通过光泵浦来极化、用自旋共振技术来相干地操纵、以及光学地读出，所有这些都在室温下进行。在这里，我们展示了一个修饰态，双共振计划转移极化从明亮的NV电子自旋暗替代氮（P1）电子自旋在金刚石。这种极化转移机制可以用来将暗自旋的介观浴冷却到接近零的温度，从而为量子信息和传感提供资源，并帮助研究多体自旋系统中的量子效应。
2012-11-12 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Optically-pumped dynamic nuclear hyperpolarization in $^{13}$C enriched diamond
研究了$^{13}$ C浓度高达100%的同位素富集金刚石中氮空位中心的核自旋超极化。$^{13}$ C富集导致氮空位电子自旋共振谱的超精细结构，并因此导致动态核极化谱。我们发现，强耦合$^{13}$ C自旋在第一壳周围的氮空位中心产生解决超精细分裂，但不作为中介体核自旋的超极化转移。高水平的$^{13}$ C富集对于提高用于磁共振信号增强、成像造影剂的超极化的效率以及作为用于量子传感和多体物理学的平台是期望的。
2017-08-02 quant-ph
Sub-to-super-Poissonian photon statistics in cathodoluminescence of color center ensembles in isolated diamond crystals
本研究针对金刚石色心集合光子发射统计的调控问题，通过电子束激发同步发射体的方式，实验实现了二阶关联函数$g_2(0)$可在大于1和小于1间调节的光子源，为室温信息技术提供可调谐平台。
2023-02-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Broadband magnetometry by infrared-absorption detection of nitrogen-vacancy ensembles in diamond
我们证明了磁力检测的自旋状态的高密度氮空位系综在金刚石中使用在1042 nm的光吸收。利用这种技术，测量对比度和收集效率可以接近统一，从而与更常见的收集红色荧光的方法相比，提高了磁灵敏度。在75 K下工作，传感器的有效体积为$50 \times 50 \times 300$ μ m ^[3]，我们设计的光子散粒噪声极限灵敏度为1秒采集5 pT，带宽从直流到几兆赫。在梯度计配置中运行，在一秒的采集时间内，在~110 Hz下产生7 nTrms的本底噪声。
2010-10-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Engineering and Probing a One-Dimensional Dipolar Spin Ensemble in Diamond
University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；California Institute of Technology（加州理工学院）；Stanford University（斯坦福大学）；Harvard University（哈佛大学）；Boston University（波士顿大学）；Max-Planck-Institut für Physik Komplexer Systeme（马克斯·普朗克复杂系统物理研究所）
本研究在金刚石中工程化并表征了由P1中心构成的准一维偶极自旋链，利用相关谱学探测其自旋动力学，为低维量子自旋系统提供了材料学途径。
2026-09-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Continuous microwave hole burning and population oscillations in a diamond spin ensemble
连续光谱烧孔和自旋能级布居振荡的研究在一个非均匀加宽的金刚石基自旋系综组成的替代氮和氮空位中心通过中子辐照和退火。烧焦的光谱特征突出了失谐依赖的均匀孔线宽，其比总的非均匀系综线宽窄三个数量级。连续的人口振荡被观察到迅速衰减超过泵和探头失谐5赫兹，并使用一个五能级系统的耦合速率方程的数值模拟。这些振荡的傅立叶分析突出离散的$^{13}$ C超精细相互作用，与非均匀系综线宽内的能量，以及可疑的核$3/2$ -自旋耦合签名可能与中子辐照的副产物$^7$ Li有关。
2019-12-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Microscopic study of optically-stable, coherent color centers in diamond generated by high-temperature annealing
固体中的单色心已经成为量子信息科学的一个有前途的物理平台。创建这些具有优异量子特性的中心是进一步技术发展的关键基础。特别是，对旋转浴环境的微观理解是设计量子控制色心的关键。在这项工作中，我们提出并展示了一种独特的高温退火（HTA）方法，用于在无重结晶金刚石中产生高质量的氮空位（NV）中心。同时使用所创建的NV中心作为其局部环境的探针，我们验证了HTA在显微镜下没有引起损伤。在超低氮浓度膜中产生的几乎所有单NV中心都具有稳定的和傅里叶变换限制的光谱。此外，HTA大大减少了自然生长在合奏样本的噪声源，并导致三倍以上的消相干时间和灵敏度的改善。我们还验证了空位激活和缺陷重组，特别是H3和P1中心，可以解释自旋浴和色心之间的重新配置。这种新颖的方法将成为基于空位的量子技术的强大工具。
2022-08-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Software Framework for Optically Accessible Quantum Memory Using Group-IV Color Centers in Diamond
Humboldt-Universität zu Berlin（柏林洪堡大学）；Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik（费迪南德·布劳恩研究所，莱布尼茨高频技术研究所）
本文提出了一种基于钻石Group-IV色心的光学可访问量子记忆软件框架，通过高效腔体与微波控制实现高保真量子门操作。
2025-12-09 quant-ph
Optically induced dynamic nuclear spin polarisation in diamond
磁共振成像（MRI）的灵敏度强烈地依赖于核自旋极化，并且受此观察的激励，动态核自旋极化最近已被应用于增强MRI协议（Kurhanewicz，J.，例如，Neoplasia 13，81（2011））。与金刚石中的13 C碳同位素（核自旋I = 1/2）相关的核自旋具有独特的长自旋晶格弛豫时间（Escherhardt，E.C.和G.L.高，Prog。在Nuc。Mag.Res.Sp.38，37（2011））如果它们存在于金刚石纳米晶体中，特别是当强极化时，它们形成用于MRI的有希望的造影剂。然而，目前实现核极化的方案需要低温。在这里，我们展示了一个有效的方案，实现了在室温和低环境磁场下，在金刚石中的光诱导13 C核自旋超极化。氮空位（NV）中心的光泵浦产生了一个连续可再生的电子自旋极化，可以转移到周围的13 C核自旋。重要的是，对于未来的应用，我们还实现了偏振协议，该协议对磁场和晶轴之间的未知未对准是鲁棒的。
2016-01-22 cond-mat.other quant-ph
Optically Detected Magnetic Resonance of Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond under Weak Laser Excitation
本研究探讨了弱532 nm激光激发下金刚石NV中心系综的ODMR特性，发现光谱宽度和分裂随激光功率增加而减小，并通过考虑激光诱导NV--N+对电荷中和的模型重现了该现象，为光敏应用中的NV量子传感设计与理解提供了重要依据。
2024-04-24 quant-ph
Sub-GHz linewidths ensembles of SiV centers in a diamond nano-pyramid revealed by charge state conversion
生产具有嵌入式寿命有限发射器的明亮集合的纳米结构是一项挑战，在广泛的物理科学中具有潜在的高影响力。在这项工作中，我们展示了受控的电荷转移到和从暗态表现出非常长的寿命在高密度合奏的SiV中心托管在CVD生长的金刚石纳米金字塔。此外，使用共振光致发光激发和频率选择性持续烧孔技术，利用这种电荷状态转移的组合，我们可以证明接近寿命有限的线宽从SiV中心。这种在远低于$λ^3$的体积中具有数千个明亮的窄线宽发射器的纳米结构将用于相干光-物质耦合、用于生物传感和纳米级温度测量。
2019-09-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Thermometry of an optically levitated nanodiamond
利用悬浮金刚石中氮空位（NV）中心的自旋性质，我们表征了单个纳米金刚石的吸收。我们首先校准嵌入纳米金刚石中的NV中心的温度测量响应。然后，使用这种校准，我们估计的吸收截面的单个悬浮的纳米金刚石。我们表明，这种吸收是外在的，并占主导地位的体积效应。我们的工作开辟了道路，以金刚石材料的悬浮量子实验优化。它还展示了光学悬浮作为一个独特的平台，以表征材料的热性能在纳米粒子水平。
2022-05-24 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Optically-Induced Modulation and Programming of Diamond Photonic Cavities
Institute of Physics, Swiss Federal Institute of Technology Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院物理研究所）；Center of Quantum Science and Engineering, Swiss Federal Institute of Technology Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院量子科学与工程中心）；Photonics Research Group, Department of Information Technology (INTEC), Ghent University - IMEC（根特大学信息技朮系光子研究组（与IMEC联合））；University of Stuttgart（斯图加特大学）
本研究展示利用532纳米绿光对含氮-空位中心的金刚石纳米束腔实现全光调制与准永久蓝移调谐，结合热光与电荷效应，最大调谐3.15纳米，为单片金刚石光子平台提供可逆与持久重构能力。
2026-09-30 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
A strongly interacting, two-dimensional, dipolar spin ensemble in (111)-oriented diamond
本研究在(111)取向金刚石上通过PECVD制备出致密择优的二维NV自旋系综，实现了高灵敏度与最大正偶极相互作用，为量子传感和相互作用自旋物理研究提供了新平台。
2024-04-15 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Coherence of Nitrogen-Vacancy Electronic Spin Ensembles in Diamond
本文对室温下高纯金刚石中氮空位色心系综的电子自旋退相干进行了实验和理论研究。在适当的条件下，我们发现系综NV自旋相干时间（T_2）与单个NV相当，对于天然丰度为13 C且顺磁杂质密度约为10^15 cm^（-3）的样品，T_2 > 600微秒。我们还观察到一个急剧下降的相干时间与未对准的静态磁场相对于NV电子自旋轴，与NV耦合到13 C核自旋浴的理论建模一致。由室温NV系综提供的长相干时间和增加的信噪比将有助于NV中心在精密磁力测量和量子信息中的许多应用。
2011-01-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
AC Magnetic Field Sensing Using Continuous-Wave Optically Detected Magnetic Resonance of Nitrogen Vacancy Centers in Diamond
金刚石中的氮空位（NV）中心被认为是用于检测磁场的传感器。脉冲光学检测磁共振（ODMR）通常用于检测AC磁场;然而，该技术只能在仔细校准后实施，该校准涉及对准外部静态磁场、测量连续波（CW）ODMR、确定拉比频率和设置微波相位。相比之下，CW-ODMR可以简单地通过连续应用绿色CW激光和微波场来实现。在这封信中，我们报告了一种方法，使用NV中心和CW-ODMR检测交流磁场。与使用NV中心检测AC磁场的常规方法不同，所提出的方法既不需要脉冲序列也不需要外部施加的DC磁场;这大大简化了实施该方法所需的程序和设备。该方法在室温下的灵敏度为2.5 μT/Hz $^{1/2}$。因此，这种对现有AC磁场传感器的简单替代为实际可行的量子传感器铺平了道路。
2018-01-17 quant-ph
Pulse-width-induced polarization enhancement of optically-pumped N-V electron spin in diamond
金刚石中的氮空位（N-V）心是量子信息处理和计量学中广泛使用的平台。N-V心的电子自旋态可以用光学方法初始化和读出，并可以用共振微波场进行操纵。在这项工作中，我们分析了电子自旋初始化对激光脉冲宽度的依赖性。建立了数值模型对这一过程进行了模拟，并通过实验对模拟结果进行了验证.模拟和实验都揭示了一个事实，即较短的激光脉冲有助于电子自旋极化。因此，我们建议使用超短激光脉冲的电子自旋初始化。实验结果表明，采用脉宽为4 ns的激光脉冲可以使自旋态对比度提高10%左右。此外，我们还提出了一种机制来解释这种效应，即在N-V中心的亚稳自旋单重态中的占据时间。我们的新方案适用于未来广泛的基于NV的应用。
2019-12-13 quant-ph
Coherent Control of a Nitrogen-Vacancy Center Spin Ensemble with a Diamond Mechanical Resonator
在金刚石的三重态自旋状态中的氮空位（NV）中心的相干控制传统上是在磁偶极子选择规则的约束下通过共振交流磁场来实现的，磁偶极子选择规则禁止直接控制$|-1>\leftrightarrow |+1>$自旋跃迁。我们发现，与自旋态分裂共振的高频应力可以相干地控制NV中心的自旋在这个子空间。利用单晶金刚石制作的体模机械微谐振器，在金刚石衬底上施加强交流应力，观察到NV中心自旋系综的$|-1>$和$|+1>$态之间的机械驱动拉比振荡.此外，我们使用机械Ramsey序列测量自旋系综的非均匀自旋退相时间（$T_{2}^{*}$），并将其与用磁性Ramsey序列测量的NV中心基态内可用的三个自旋量子位组合中的每一个的退相时间进行比较。这些结果证明了机械谐振器的相干自旋驱动，并且可以在NV中心基态内创建相敏的$Δ$系统。
2014-12-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Broadband AC Magnetic Field Sensing via Continuous wave optically detected magnetic resonance with NV Centers in diamond
Chuo university（中央大学）；Keio University（庆应义塾大学）
提出一种利用微波驱动缀饰态实现宽带交流磁测的方案，通过理论分析和数值模拟证明可检测高达100 MHz的交流磁场。
2026-06-04 quant-ph
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
Coherent coupling of a superconducting flux-qubit to an electron spin ensemble in diamond
金刚石中的电子自旋氮空位色心由于其大的集体耦合和长的相干时间而成为超导量子比特的量子存储器的天然候选者。我们在这里报告的强耦合和相干交换的一个单一的量子的能量之间的磁通量子位和氮空位色心系综的第一个示范。
2011-11-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Influence of a static magnetic field on the photoluminescence of an ensemble of Nitrogen-Vacancy color centers in a diamond single-crystal
本文研究了金刚石晶体中氮空位色心系综的电子自旋共振。晶格中NV中心的四种可能取向导致对外部静态磁场的大小和取向的不同依赖性。用连续微波激励得到的实验结果与模拟吻合得很好。此外，我们还观察到，当外加磁场时，NV色心的平均辐射寿命也发生了变化。这种变化是由mS = 0和mS = $\pm$ 1之间的混合的NV-中心的自旋状态具有不同的辐射寿命，由于磁耦合。这些结果对于广泛的应用是有意义的，例如具有高密度NV中心系综的基于自旋共振的磁力测量
2009-09-08 cond-mat.mtrl-sci 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
Momentum-resolved magnetic noise spectroscopy using ensembles of diamond quantum sensors
Princeton University（普林斯顿大学）
本文利用金刚石氮空位中心系综的宽场成像与光学耗尽调谐，实现动量分辨的量子噪声谱学，用于测量强关联物质中多尺度磁涨落。
2026-10-06 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Creation of ensembles of nitrogen-vacancy centers in diamond by neutron and electron irradiation
我们通过中子和电子辐照在金刚石中产生了带负电荷的氮空位（NV-）中心的密集系综，用于混合量子系统和磁力测量。我们通过共聚焦显微镜、UV/Vis和FTIR光谱、光学检测磁共振和小角X射线散射表征所产生缺陷的荧光强度、光学和相干特性。我们发现，在中子注量为10^17 cm^-2、电子剂量为10^18 cm^-2、自旋共振线宽为6 MHz的情况下，NV-的密度最高。较低的电子能量增加了处于所需负电荷状态的中心与处于中性状态的中心的比率。在辐照期间在900 °C下退火减小了自旋共振线宽。此外，与中子照射相比，电子照射导致显著更高的光学透明度。
2013-09-02 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Optically detected nuclear quadrupolar interaction of 14N in nitrogen-vacancy centers in diamond
我们报道了利用电子自旋回波包络调制技术对氮空位中心14 N核自旋的核四极相互作用的灵敏探测。我们施加了一个弱的横向磁场的自旋系统，使某些禁戒跃迁成为弱允许由于二阶效应涉及的非长期条款的超精细相互作用。弱跃迁引起电子自旋回波信号的调制，理论分析表明调制频率主要由核四极频率决定;数值模拟证实了分析结果，并与实验表现出良好的定量一致性。这是一种实验上简单的检测四极相互作用的方法，它可以用来研究具有类似于氮空位中心的能量结构的自旋系统。
2014-05-01 quant-ph
Identifying and decoupling many-body interactions in spin ensembles in diamond
我们模拟了固态系统中变密度准二维自旋系综的动力学，重点是金刚石中的氮空位中心。我们认为，在一个现实的“自旋浴”的环境下，各种控制序列的平均动态的大合奏的自旋。我们发现，自旋锁定是有效的去耦自旋初始化沿驱动轴，无论是从相干偶极相互作用和外部自旋浴环境，当驱动是两个数量级强于相关的耦合能量。由于标准脉冲动态去耦序列的应用导致与环境的强去耦，而其他专门的脉冲序列可以去耦相干偶极相互作用，这样的序列可以用于识别主要的相互作用类型。此外，脉冲去耦序列的适当组合可以导致两种相互作用类型的抑制，从而允许额外的自旋操纵。最后，我们考虑这些控制协议上的有限宽度脉冲的效果，并确定提高去耦效率与脉冲持续时间的增加，从而从移相和相干动态的相互作用。
2018-09-24 cond-mat.mes-hall 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
Microwave-assisted spectroscopy technique for studying charge state in nitrogen-vacancy ensembles in diamond
介绍了一种微波辅助光谱技术，用于测定金刚石中带负电荷（NV ${}^-$）和中性电荷（NV ${}^0$）的氮空位（NV）中心的相对浓度，并介绍了该技术在研究NV系综中自旋相关电离和提高NV磁强计灵敏度方面的应用。我们的技术是基于选择性地调制NV ${}^-$荧光与自旋状态共振微波驱动器，以隔离，在原位，NV ${}^-$和NV ${}^0$的光谱形状的NV系综样品的荧光的贡献。除了作为一种可靠的手段来表征电荷态比，该方法可以被用来作为一种工具，研究自旋相关的NV系综电离。作为一个例子，我们将微波技术应用于高NV密度的金刚石样品，并发现了一个新的自旋相关电离途径的证据，我们在这里提出的数据的速率方程模型。我们进一步表明，我们的方法可用于增强NV合奏光学检测磁共振（ODMR）的对比度，并可能导致显着的灵敏度增益在NV磁力计占主导地位的技术噪声源，特别是在NV ${}^0$人口是大的。与高NV密度金刚石样品在这里研究，我们证明了高达4.8倍的增强ODMR对比度。这里提出的技术也可以应用于其他固态缺陷，其荧光可以通过微波驱动器选择性地调制。我们证明了这种效用，通过应用我们的方法来隔离室温下的V2型硅空位的V1和V2硅空位在4H碳化硅的合奏光谱特征。
2019-12-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nanoscale Solid-State Nuclear Quadrupole Resonance Spectroscopy using Depth-Optimized Nitrogen-Vacancy Ensembles in Diamond
体量子材料的核磁共振（NMR）和核四极共振（NQR）光谱学提供了对诸如量子相临界性、磁性和超导性等现象的洞察。随着具有磁性现象的纳米级2-D材料的出现，感应检测的NMR和NQR光谱学不足以灵敏地检测纳米材料中的较小数量的自旋。金刚石中的氮空位（NV）中心已经显示出将NMR和NQR光谱的分析能力带到纳米级的希望。然而，由于缺陷中心的深度依赖性形成效率、来自表面自旋的噪声、能带弯曲效应以及核磁场的深度依赖性，关于极化自旋的表面NMR的理想NV深度存在模糊性。在这项工作中，我们准备了一系列的浅NV系综层深度，并确定了理想的NV深度进行NMR光谱的偏振\fluorine{}在Fomblin油的金刚石表面。我们发现，使用XY 8-N噪声光谱实现SNR为3所需的测量时间在NV深度为5.4 nm处最小。为了证明NV系综的传感能力，我们对六方氮化硼薄片的\boron{}进行NQR光谱。我们比较我们最好的金刚石与以前的工作与一个单一的NV，发现这个合奏提供了一个较短的测量时间与激发直径小至4 $μ$ m。该分析为进一步的实验提供了理想的条件，这些实验涉及具有磁性的2-D材料的NMR/NQR光谱。
2021-12-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
