Enhanced metrology using preferential orientation of nitrogen-vacancy centers in diamond
我们证明了氮空位（NV）色心的择优取向沿两个四个可能的晶轴在金刚石生长的化学气相沉积在{100}面。我们确定了相关的增长制度，并提出了一个可能的解释这种影响。我们表明，优先取向提供了增加的光学读出对比度的NV多自旋测量，包括增强的AC磁场灵敏度，从而提供了一个重要的一步，高保真度多自旋量子位量子信息处理，传感和计量。
2012-07-13 cond-mat.mes-hall
Decoherence of near-surface nitrogen-vacancy centers due to electric field noise
我们发现，电场噪声从表面电荷波动可以是一个重要的来源，近表面的氮空位（NV）中心的自旋退相干。这一结论是基于当金刚石表面覆盖有高介电常数液体（如甘油）时观察到的自旋相干性增加。双共振实验表明，即使在施加液体时与附近电子自旋的耦合没有改变，也会发生改善的相干性。多脉冲自旋回波实验揭示了甘油对NV频率噪声频谱的影响。
2015-07-17 cond-mat.mes-hall
Directional entanglement of spin-orbit locked nitrogen-vacancy centers by magnons
本文提出NV中心激发态杂散磁场的自旋-动量锁定可实现单向自旋转移，并通过手性虚磁振子交换在NV自旋量子比特间产生定向纠缠，为未来量子信息器件提供新思路。
2025-07-21 cond-mat.mes-hall
Phonon Cooling and Lasing with Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond
我们研究了氮空位杂质与金刚石纳米谐振器共振模式之间的应变诱导耦合。我们表明，在近共振激光激发下的杂质的电子态，这种耦合可以修改的状态的谐振腔和冷却的谐振腔接近的振动基态或驱动到一个大振幅相干态。我们推导出一个半经典模型来描述这两种效果，并评估在各种驱动条件下的谐振器模式的稳态。特别是，我们发现，通过利用近简并电子态之间的共振单声子和多声子跃迁，耦合到高频振动模式可以显着增强和主导的内在机械耗散。我们的研究结果表明，一个单一的氮空位杂质可以提供一个通用的工具来操纵和探测纳米金刚石结构中的单个声子模式。
2013-08-27 cond-mat.mes-hall
Magnetic field sensitivity and decoherence spectroscopy of an ensemble of narrow-linewidth nitrogen-vacancy centers close to a diamond surface
我们进行脉冲光学检测电子自旋共振测量的直流磁场灵敏度和电子自旋相干时间T_2的近表面，高密度氮空位（NV）中心设计有一个狭窄的磁共振线宽的合奏。将脉冲光谱与动态核极化相结合，获得了35 nT Hz^{-0.5}的光子散粒噪声限制的直流磁灵敏度。我们发现，T_2是由瞬时扩散控制，使退相干光谱的残留氮杂质自旋在金刚石晶格和定量测定其密度。所展示的高直流磁灵敏度和退相干光谱有望拓宽二维磁成像的应用范围。
2016-12-01 cond-mat.mes-hall
Rotating frame spin dynamics of a Nitrogen-Vacancy center in a diamond nanocrystal
研究了在连续微波激发下，单个金刚石单晶中氮空位（NV）中心的自旋动力学。在微波相位的周期性反转时，我们观察到“所罗门回波”的训练，其有效地将系统相干寿命延长到几十微秒，这取决于微波功率和相位反转率。从一个模型开始，其中NV中心与磁表面上的顺磁缺陷浴相互作用，我们使用平均哈密顿理论来计算其在回波最大值处的振幅的信号包络。有效的拉比和所罗门传播子之间的比较表明，所观察到的响应可以被理解为一种形式的高阶解耦的自旋浴。
2011-10-11 cond-mat.mes-hall
Little bits of diamond: Optically detected magnetic resonance of nitrogen-vacancy centers
我们给出了一个简单的装置进行光学检测的磁共振测量金刚石样品含有高浓度的氮空位（NV）中心的建设和操作的指示。每个NV中心都有一个自旋自由度，可以通过可见光和微波辐射的组合来操纵和监测。我们观察塞曼位移存在的小外部磁场，并描述了一个简单的方法来光学测量磁场强度的空间分辨率为几微米。所描述的活动适用于高级本科实验室课程，将核心量子概念与前沿应用有力地联系起来。一个更简单的设置，适合在更多的介绍性设置中使用，也提出了。
2018-01-22 cond-mat.mes-hall
Proton magnetic resonance imaging with a nitrogen-vacancy spin sensor
具有纳米分辨率的核磁共振（NMR）成像需要灵敏度远远超过传统感应检测能力的新检测技术。在这里，我们展示了二维成像的$^1$ H NMR从一个有机测试样品使用一个单一的氮空位中心的金刚石作为传感器。当样品扫描通过NV中心时，NV中心检测来自样品中旋进质子的振荡磁场。示出了12 nm的空间分辨率，其主要受扫描精度的限制。随着进一步的发展，NV检测的磁共振成像可能会成为复杂纳米结构（包括生物分子）三维成像的新工具。
2014-06-11 cond-mat.mes-hall
Broadband, large-area microwave antenna for optically-detected magnetic resonance of nitrogen-vacancy centers in diamond
本文报道了一种用于金刚石中氮空位中心磁共振光探测的微波平面环形天线。它的谐振频率约为2.87 GHz，带宽为400 MHz，确保在高达100 G的外部磁场下可以观察到ODMR，而无需调整谐振频率。它在1 mm直径的中心孔内也是空间均匀的，从而能够在宽空间范围内进行磁场成像。这些特性为在室温下利用NV心进行量子传感和成像实验提供了便利。
2016-05-16 cond-mat.mes-hall
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
Magnetic ordering of nitrogen-vacancy centers in diamond via resonator-mediated coupling
金刚石中的氮空位中心是量子信息处理的一个有前途的候选者，也可能是模拟多体物理的理想平台。然而，很难实现氮空位中心之间的相互作用强到足以在实际温度下形成宏观有序相。在这里，我们提出了一个方案，实现远程铁磁伊辛相互作用之间的遥远的氮空位中心，通过使用机械谐振器作为介质。由于长程伊辛模型中的临界温度与自旋数成比例，因此对于具有$\sim10^4$氮空位中心的样品，在数十毫开尔文的温度下可以形成铁磁有序。该方法为利用量子比特系统研究多体物理提供了一个新的平台。
2015-03-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
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
Longitudinal spin relaxation in nitrogen-vacancy ensembles in diamond
本文对金刚石中带负电荷的氮空位中心系综的纵向电子自旋弛豫进行了实验研究。用具有不同NV-浓度的样品并在不同温度和磁场下进行测量。我们发现，弛豫速率T1-1增加时，在NV-中心的跃迁频率与不同的取向变得简并解释为交叉弛豫引起的偶极-偶极相互作用。
2015-05-09 cond-mat.mes-hall physics.atom-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
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
Detecting magnetic fields using Nitrogen-Vacancy Centers
我们展示了如何氮空位中心可以用来“检测”磁场，也就是说，找出一个磁场，我们可能没有完整的信息，实际上是存在或不存在。解决这个问题的方法来自于量子态鉴别理论。考虑到退相干的影响，以优化在进行测量之前允许氮空位中心与磁场相互作用的时间。我们还找到了应该进行的最佳测量。然后，我们将展示如何多次测量减少错误检测的磁场。最后，考虑到测量过程的主要限制，即有限的光子探测效率。我们的建议应该可以用目前的实验技术来实现。
2014-12-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Plasmonically engineered nitrogen-vacancy spin readout
本文提出一种等离激元工程化方法，预测并经文献验证其能显著增强NV自旋量子比特读出与ODMR的亮度及对比度，指出该增强需在特定参数区域实现且实验前需严格建模。
2023-11-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Atomic-scale positioning of single spins via multiple nitrogen-vacancy centers
我们提出了一个通过金刚石中的多个氮空位中心定位单个电子自旋的方案。由于动力学解耦抑制了不必要的噪声，每个中心的自旋相干性由于位于距离中心$4{\sim20}$ nm处的单个电子自旋而产生特征振荡。我们可以从每个中心的特征电子自旋相干振荡中提取位置信息。该方案对高分辨率的纳米尺度磁测量和基于自旋的量子计算是有用的。
2016-04-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Real-Time Magnetometry Using Dark States of a Nitrogen Vacancy Center
我们证明了实时磁强计检测荧光从氮空位中心的相干布居陷阱的设置和估计磁场从所观察到的光子计数的时间序列，这是相关的基础领域。原理验证实验使用遵循Ornstein-Uhlenbeck（Ornstein-Uhlenbeck）过程的外部时变磁场。通过考虑光子过程的统计特性，基于贝叶斯推断的估计器可以有效地实时更新场的动态信息，仅检测单个光子。
2021-11-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Fast magnetic field manipulations and nonadiabatic geometric phases of nitrogen-vacancy center spin in diamond
快速的量子自旋操纵是设计基于自旋的量子逻辑门和其他量子应用所必需的。本文构造了金刚石中氮空位中心（NV）自旋在外加磁场作用下的精确演化算符，并研究了NV自旋系统的非绝热几何相位，包括循环和非循环.我们相信，在未来的实验中可以测量到非绝热几何相位，这些快速的量子操纵可以在设计基于自旋的量子应用中是有用的。
2017-04-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Probing the Origins of Inhomogeneous Broadening in Nitrogen-Vacancy Centers with "Doppler-Free" Type Spectroscopy
为了更好地理解金刚石中氮空位中心的基本物理过程，并实现该系统在技术应用中的改进，必须对表观不均匀加宽的起源获得新的见解。在这项工作中，我们利用一种新型的光谱专门为此任务开发。泵浦-探测光谱学与原子蒸气中使用的无多普勒光谱学密切相关。我们表明，起源的不均匀加宽来自本地磁场变化的金刚石晶格。
2018-07-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
The electron-phonon processes of the nitrogen-vacancy center in diamond
带负电荷的氮空位中心在金刚石中的应用利用了该中心独特的光学和自旋性质，其在环境温度下主要由电子-声子相互作用控制。在这里，我们调查这些相互作用在环境温度和高温下，通过观察中心的激发态自旋共振的运动变窄。我们确定，该中心的Jahn-Teller动力学比目前认为的要慢得多，并确定对称声子模式的重要作用。我们的研究结果对中心的各种应用（包括量子技术）和理解其基本性质具有明显的影响。
2015-03-13 cond-mat.mes-hall 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
Purcell-enhanced optical spin readout of Nitrogen-Vacancy centers in diamond
金刚石中的氮空位色心是一种很有前途的量子固体体系，其应用范围从量子信息处理到磁传感。NVs最有用的特性之一是能够在室温下光学读取它们的基态自旋投影。本文对Purcell增强NV光耦合进行了理论分析，通过理论分析找到了使光学自旋态读出的信噪比最大的最佳参数。我们得出结论，自发发射（通过Purcell增强）和光激发的组合增加可以显着增加读出SNR。
2015-05-05 cond-mat.mes-hall 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
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
Spin decoherence and electron spin bath noise of a nitrogen-vacancy center in diamond
从理论上研究了金刚石中单个氮空位中心的自旋退相干。利用自旋相干态P表象方法，模拟了N电子自旋包围的NV中心的相干演化。我们发现，自旋退相干时间以及NV中心的自由感应衰减依赖于N自旋的空间配置。NV中心的自旋退相干速率（1/T2）和退相速率（1/T2*）均随N个自旋的浓度线性增加。利用P-表示方法，我们还演示了N自旋浴的噪声谱的提取，这将提供有前途的途径，设计一个最佳的脉冲序列，以抑制金刚石中的退相干。
2012-09-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
High-frequency and high-field optically detected magnetic resonance of nitrogen-vacancy centers in diamond
我们提出了一个光学检测磁共振（ODMR）系统，使我们能够执行的ODMR测量的固体中的一个单一的缺陷，在高频率和高磁场的发展。使用高频和高场ODMR系统，我们展示了115 GHz的连续波和脉冲ODMR测量的一个单一的氮空位（NV）中心在4.2特斯拉的磁场下的金刚石晶体，以及调查的字段依赖性（$0-8$特斯拉）的纵向弛豫时间（$T_1$）的NV中心在纳米金刚石。
2015-02-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Polarization-assisted Vector Magnetometry in Zero Bias Field with an Ensemble of Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond
我们展示了矢量磁强计与氮空位（NV）中心在金刚石的合奏，而不需要一个外部偏置场。NV中心的电偶极矩的各向异性降低了偏振可见光激发时光学检测到的磁共振的模糊性。通过适当的线性极化微波场的应用，这使得能够抑制一定的晶体学NV取向的自旋状态转变，实现了剩余的模糊性的进一步提升。这允许小（小于0.1 mT）磁场的全矢量重构，而没有必须干扰磁结构的外部偏置场。
2017-01-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
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
Two-photon quantum interference from separate nitrogen vacancy centers in diamond
本文报道了金刚石中两个独立的氮空位中心发射的量子干涉现象。利用光致自旋极化结合偏振滤波，我们隔离的非共振激发NV中心的零声子线内的一个单一的过渡。这种滤波后的辐射的时间分辨双光子干涉对比度达到66%。此外，我们观察到量子干涉从不同的NV中心调谐到共振通过直流斯塔克效应。这些结果为远程NV中心之间基于测量的纠缠和实现具有固态自旋的量子网络铺平了道路。
2012-02-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coupling Nitrogen Vacancy Centers in Diamond to Superconducting Flux Qubits
提出了一种实现金刚石中氮空位中心与超导磁通量子比特相干耦合的方法。由此产生的耦合可以用来创建由通量量子位介导的远NV中心的自旋状态之间的相干相互作用。此外，磁耦合可以用于实现通量量子比特和NV中心的系综之间的量子信息的相干传输。这使得SC量子处理器能够长期存储，并且可能是SC量子比特与光之间的接口。
2010-10-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Hybrid quantum device with nitrogen-vacancy centers in diamond coupled to carbon nanotubes
我们发现，氮空位（NV）中心的金刚石与悬浮的碳纳米管进行直流电流接口可以促进自旋纳米机械混合装置。我们证明了一个单一的NV自旋和悬浮纳米管的振动模式之间的强磁力相互作用可以通过外部控制系统参数进行设计和动态调谐。这种具有强的\emph{intrinsic}和\emph{tunable}磁力耦合的自旋纳米机械设置允许构建具有NV中心和碳基纳米结构的混合量子器件，以及具有自旋量子位的声子介导的量子信息处理。
2016-07-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Decoherence and dynamical decoupling control of nitrogen-vacancy center electron spins in nuclear spin baths
理论研究了高纯金刚石中氮空位中心电子自旋的退相干和动力学解耦控制，其中与$^{13}$ C核自旋的超精细相互作用是主要的退相干机制.退相干被表述为电子自旋与核自旋之间的纠缠，这是由电子自旋状态的核自旋浴演化引起的。核自旋浴演化是由单自旋进动和成对触发器等基本过程驱动的。退相干中不同基元过程的重要性取决于外磁场的强度。
2011-08-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Efficient Conversion of Nitrogen to Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond Particles with High-Temperature Electron Irradiation
含有带负电荷的氮空位（NV $^-$）中心的荧光纳米金刚石有希望用于广泛的应用，例如用于感测、作为荧光生物标志物或用于超自旋核自旋。NV $^-$中心由金刚石晶格中的替代氮（P1中心）缺陷和空位形成。使NV的浓度最大化是最有益的，这证明了寻找具有从P1到NV $^-$的高转化率的方法是合理的。我们在这里报告了表面清洁的荧光微米和纳米金刚石的表征，通过用高能（10 MeV）电子照射商业金刚石粉末并在800°C下同时退火获得。使用这种技术并增加辐照剂量，我们证明了NV $^-$的产生，转化率高达25%。最后，我们监测辐射诱导的自旋-1缺陷的产生在微米金刚石颗粒，我们与W16和W33中心，并研究辐照剂量和颗粒尺寸对NV $^-$的相干时间的影响。
2020-07-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Orbital and Spin Dynamics of Single Neutrally-Charged Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond
中性电荷态在基于氮空位中心的量子信息和传感应用中起着重要作用。然而，轨道和自旋动力学仍然是未知的。在这里，我们使用单中心的共振激发直接揭示精细结构，使自旋轨道状态的选择性寻址。通过泵浦-探测实验，我们得到了4.7K时的轨道弛豫时间（430 ns），并测量了11.8K以下的轨道弛豫时间随温度的变化。最后给出了自旋弛豫时间（1.5 s），实现了自旋态的投影高保真单激发读出（$\geq98\%$）。
2020-07-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Decoherence of Nitrogen Vacancy Centers in Diamond
我们模型的退相干和退相的氮空位（NV）中心在金刚石由于一个嘈杂的顺磁浴，有和没有一个射频场的存在下，耦合水平的基态电子态歧管，使用一个简单的量子力学模型，允许解析解。该模型处理NV三能级基态系统中存在的波动磁场，从环境中产生的，并导致退相干，退相和耗散。我们表明，所有9个本征模的三能级系统相互耦合，由于与环境的相互作用，我们讨论的拟合实验中，退相干发挥作用的后果。
2015-11-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Circularly polarized microwaves for magnetic resonance study in the GHz range: application to nitrogen-vacancy in diamonds
对于许多磁共振实验来说，产生受控极化的时间依赖性磁场的能力是必不可少的。我们描述了一个微带电路，使我们能够产生强磁场在微波频率与任意调整的极化。通过将其应用于金刚石中氮空位色心的光检测磁共振和拉比章动实验，证明了该电路的性能。由于所提出的微带电路的高效率和85%的圆偏振度，可以使用低功率微波发生器来处理金刚石样品的特定自旋状态。
2015-05-27 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph
Bandwidth analysis of AC magnetic field sensing based on electronic spin double resonance of nitrogen-vacancy centers in diamond
最近，我们已经证明了交流磁场传感方案，使用一个简单的连续波光学检测金刚石中的氮空位中心的磁共振[Appl.Phys.Lett. 113，082405（2018）]。该方案基于连续微波和射频（RF）场激发的电子自旋双共振。本文测量和分析了不同频率微波和射频场的双共振谱和磁场灵敏度。结果，我们观察到一个明确的反交叉的RF修饰的电子自旋态的光谱和估计的带宽约为5 MHz的中心频率为9.9 MHz。
2019-05-31 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum interference of single photons from remote nitrogen-vacancy centers in diamond
我们证明了量子干涉不可区分的光子发射的两个氮空位（NV）中心在不同的钻石样品分开两米。宏观固体浸没透镜用于提高光子收集效率。通过测量二阶互相关联函数$g^{(2)}(0) = 0.35 \pm 0.04<0.5$的值来验证量子干涉。此外，通过施加外部电场，两个分离的NV中心的光学跃迁频率被调谐成彼此共振。扩展目前的方法来产生远程固态量子比特的纠缠进行了讨论。
2012-04-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Absolute magnetometry based on quantum beats in diamond nitrogen-vacancy centers
基于金刚石中氮空位中心基态的量子拍频，我们提出了一种不受温度波动和应变不均匀性影响的绝对磁强计。我们应用这种技术来测量低频磁场噪声使用一个单一的氮空位中心位于500 nm内的同位素纯（99.99%C12）金刚石的表面。在4.45 s的采集时间内，光子散粒噪声限制的灵敏度达到38 nT/Hz ^[1/2]，比仅使用两个自旋能级的实现方式高出2^1/2倍。对于长采集时间（>10 s），我们实现了高达15倍的磁灵敏度的改善，这表明了我们的技术对热漂移的鲁棒性。将我们的技术应用于氮空位中心合奏，我们消除了纵向应变不均匀性的失相，导致灵敏度提高了2.3倍。
2012-12-06 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Enhanced DC-Field Metrology Using Nitrogen Vacancy Spins via Strong Collective Coupling and Fano-Scattering
氮空位系综有望在环境条件下实现磁场传感的灵敏度和分辨率的前所未有的组合。然而，它们的全部感测潜力受到它们的集体相干性的不均匀退化的限制，而动态解耦限制感测到AC场的检测。在这里，我们建议使用最近证明的腔保护效应的室温下，基于集成的直流计量。我们确定了一个参数空间，其中强耦合可以持续在室温下，其中的修饰状态仅限于腔模式和合奏纵向弛豫的退相，显示aT Hz $^{-\frac{1}{2}}$直流场的灵敏度理论上是可以实现的进一步增强通过范诺干涉。
2015-09-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Polarization- and frequency-tunable microwave circuit for selective excitation of nitrogen-vacancy spins in diamond
我们报道了一种平面微波谐振器，它提供任意极化的振荡磁场，使金刚石中氮空位（NV）中心的电子自旋能够被选择性激发。偏振面平行于金刚石表面，这使得谐振腔与（111）取向金刚石完全兼容。在直径为4 mm的圆形区域内，场分布在空间上是均匀的，并且实现了接近完美的圆偏振。我们还证明，通过引入用作可变电容器的变容二极管，可以在2-3.2 GHz范围内改变2.8 GHz的原始谐振频率。
2016-09-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optomechanical Quantum Control of a Nitrogen Vacancy Center in Diamond
我们展示了光机械量子控制的内部电子状态的金刚石氮空位（NV）中心的解析边带制度通过耦合NV的光场和表面声波通过声子辅助的光学跃迁，并利用强激发态的电子-声子耦合的NV中心。光机械驱动的拉比振荡以及光机械边带和直接偶极光跃迁之间的量子干涉已经实现。这些研究打开了使用解析边带光机械耦合的量子控制的类原子的内部状态和运动状态的耦合NV-纳米机械系统，导致发展的固态模拟的被困离子。
2016-03-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherent Manipulation with Resonant Excitation and Single Emitter Creation of Nitrogen Vacancy Centers in 4H Silicon Carbide
碳化硅（SiC）由于其能够承载光学可寻址的自旋量子位和晶圆尺寸的样品，已成为实现可扩展量子技术的关键参与者。在这里，我们已经证明了光学检测磁共振（ODMR）与共振激发，并清楚地确定了基态能级的NV中心在4 H-SiC。用Rabi和Ramsey振荡实现了SiC中NV中心的相干操纵。最后，我们成功地产生和表征的单氮空位（NV）中心的SiC采用离子注入。我们的研究结果是突出的关键作用的NV中心在SiC作为一个潜在的候选量子信息处理。
2022-10-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Hybrid opto-mechanical systems with nitrogen-vacancy centers
在这篇综述中，我们简要概述了最近的工作混合（纳米）光机械系统，同时包含机械振荡器和金刚石氮空位（NV）中心。我们回顾两种不同类型的机械振荡器。第一种是具有固定频率的钳位机械振荡器，例如悬臂。第二种是具有内建氮空位中心的光学捕获纳米金刚石。通过将机械谐振器与电子自旋耦合，我们可以使用自旋来控制机械振荡器的运动。对于第一种设置，我们讨论了两种不同的耦合机制，即磁耦合和应变诱导耦合。总结了它们在冷却机械振子、产生NV中心之间的纠缠、压缩自旋系综等方面的应用。对于第二种装置，讨论了如何利用磁耦合产生量子叠加态，并实现物质波干涉仪。我们也将回顾其作为超灵敏质谱计的应用。最后，我们讨论了新的耦合机制和应用领域。
2015-01-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Level-crossing spectroscopy of nitrogen-vacancy centers in diamond: sensitive detection of paramagnetic defect centers
我们报告了含有NV $^-$中心的金刚石单晶的荧光对磁场的依赖性。在这样的光谱中，发现了许多尖锐的线，其对应于包含NV $^-$中心的耦合自旋系统中的能级反交叉（LACs）。这种“LAC-光谱”的理论建模使得能够表征顺磁缺陷中心和确定它们的磁共振参数，例如零场分裂和超精细耦合常数。因此，概述的方法能够灵敏地检测金刚石晶体中的顺磁性杂质。
2016-09-26 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
Nitrogen vacancy centers in diamond as angle-squared sensors
氮空位（NV）中心是金刚石中的缺陷，由于其电子结构，已被广泛研究作为磁场传感器。这种场检测应用通常采用NV中心来检测与NV中心的内部限定的自旋轴的方向对准的场分量。在这项工作中，我们检测的磁场是稍微偏离NV中心轴。特别是，我们证明了NV中心可以测量磁场和NV中心轴之间的角度的平方，具有高灵敏度，其随着外部场接近由NV中心的内部参数预定义的值而发散，与预测一致。这些结果表明，NV中心可以用作灵敏的传感器，用于对纳米机械振荡器等系统进行量子非破坏（QND）测量。
2016-06-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Local excitation of surface plasmon polaritons using nitrogen-vacancy centers
使用具有多个氮空位（NV）中心（~400）的（~100）nm尺寸的纳米金刚石（ND）在银表面局部激发表面等离子体激元（SPP）。来自外部照射（在532 nm处）ND和来自附近ND（其未被照射但产生由照射ND激发的SPP的面外散射）的荧光表现出明显不同的波长光谱，显示出由于SPP传播损耗而引起的短波长滤波。结果表明，具有多个NV中心的ND可以用作平面集成等离子体的有效亚波长SPP源，用于各种应用。
2016-09-15 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
High-resolution spectroscopy of a single nitrogen-vacancy defect at zero magnetic field
本文报道了在零磁场及零磁场附近金刚石晶体中氮空位中心的高分辨微波光谱研究。我们观察到的特征分裂和过渡的超精细跃迁，这源于在横向有效场的存在下，从水平反交叉的不平衡。我们使用脉冲电子自旋共振谱测量零场光谱特征的单氮空位中心清楚地解决这样的水平反交叉。为了定量分析有效场作用下超精细自旋跃迁的磁共振行为，提出了一个描述任意极化微波磁场作用下超精细自旋跃迁强度的理论模型.我们的结果对于优化零磁场或弱磁场中自旋1体系的极化选择微波激发实验条件具有重要意义。
2022-06-30 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph 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
Microwave saturation spectroscopy of nitrogen-vacancy ensembles in diamond
金刚石中的带负电荷的氮空位（NV $^-$）中心最近引起了人们对它们在传感中的应用的兴趣。当NV基态微波跃迁较窄时，灵敏度会提高，但这些跃迁会受到不均匀加宽的影响，特别是在高密度NV系综中。为了更好地理解和消除加宽的来源，我们展示了NV基态跃迁的室温光谱“烧孔”。我们发现烧孔消除了磁场对$^{13}$ C核的展宽，并证明了它可以用于磁场不敏感的测温。
2014-03-10 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph physics.optics
Nuclear-spin-dependent coherent population trapping of single nitrogen vacancy centers in diamond
相干布居俘获（CPT）为探测原子系统的能级结构提供了一种高灵敏度的手段。对于金刚石中的氮空位中心，CPT为测量电子基态的超精细结构提供了标准光学检测磁共振方法的替代方案。我们表明，核自旋相关的CPT直接测量由于14 N核自旋的这些状态的超精细分裂。CPT光谱响应中得到的强微波场的存在下，共振或近共振的基态自旋跃迁，映射出动态斯塔克分裂诱导的相干自旋激发。
2013-03-02 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Pump-Enhanced Continuous-Wave Magnetometry using Nitrogen-Vacancy Ensembles
金刚石中氮空位中心的集合体是用于高灵敏度磁力测量的非常有前途的平台，其功效通常基于有效地产生和监测磁场依赖的红外荧光。在这里，我们报告了一个增加的传感效率与使用的532 nm的共焦谐振腔和微波谐振器天线测量局部磁噪声密度使用固有的氮空位浓度的化学气相沉积单晶金刚石。我们测量的近拍摄噪声限制的磁噪声地板200 pT/ $\sqrt{\text{Hz}}$跨越带宽高达159 Hz，和提取的灵敏度约为3 nT/ $\sqrt{\text{Hz}}$，进一步增强有限的噪声地板的锁定放大器和激光损伤阈值的光学元件。微波和光泵浦速率参数空间的探索证明了通过使用光学腔达到的线宽变窄区域，允许实现增强的灵敏度，尽管未优化的收集效率<2%，并且氮空位浓度约为0.2 ppb。
2017-09-06 cond-mat.mes-hall physics.ins-det quant-ph
