A charge transfer mechanism for optically addressable solid-state spin pairs
RMIT University（皇家墨尔本理工大学）；University of Technology Sydney（悉尼科技大学）；ARC Centre of Excellence for Transformative Meta-Optical Systems, Faculty of Science, University of Technology Sydney（悉尼科技大学理学院变革性超光学系统卓越研究中心）；HUN-REN Wigner Research Centre for Physics（匈牙利研究与创新网络维格纳物理研究中心）
该研究提出了一种光调控固态自旋对的电荷转移机制，通过理论与实验结合，揭示了ODMR现象的微观起源，并解释了多个实验特征。
2025-03-12 cond-mat.mes-hall
Sensing the local magnetic environment through optically active defects in a layered magnetic semiconductor
范德华材料中的原子级缺陷是量子技术和量子传感应用的重要组成部分。层状磁性半导体CrSBr是一个优秀的候选人，探索光学活性缺陷，由于直接的差距，除了丰富的磁相图，包括最近假设的缺陷诱导的磁秩序在低温下。在这里，我们展示了CrSBr中的光学活性缺陷，这些缺陷是局部磁环境的探针。我们观察到光谱窄（1毫电子伏）的缺陷发射CrSBr与体磁秩序和一个额外的低温缺陷引起的磁秩序。我们阐明了本地和非本地交换耦合效应的背景下，这种磁秩序的起源。我们的工作建立了像CrSBr这样的vdW磁体作为一个特殊的平台，以光学研究与磁晶格相关的缺陷。我们预计，受控的缺陷创建允许量身定制的复杂的磁性纹理和相位与直接光学访问的独特成分。
2022-07-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Identification of defects responsible for optically detected magnetic resonance in hexagonal boron nitride
二维绝缘体六方氮化硼（hBN）中的晶体缺陷可以容纳局部电子态，这些电子态是量子技术中应用的候选者，但在实验中测量的缺陷的精确化学和结构性质仍然未知。最近，光学检测磁共振（ODMR）已首次从hBN中的缺陷测量，提供丰富的信息。在一种情况下，已经对VB缺陷进行了尝试性分配。在这里，我们报告的密度泛函理论（DFT）计算的能量，零场分裂参数，D和超精细耦合张量，A，确认这一分配。我们还表明，第二ODMR测量是一致的VN-缺陷。在这两种情况下，缺陷在层的边缘或中心的位置是重要的。这推进了我们对hBN中晶体缺陷的原子尺度理解，这对于利用这些系统的量子技术应用潜力是必要的。
2019-12-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Single-Pixel Imaging in Space and Time with Optically-Modulated Free Electrons
单像素成像最初是在光学领域发展起来的，它有助于快速的三维样品重建，以及用传统多像素检测器无法检测到的光波长进行探测。然而，基于光学的单像素显微镜的空间分辨率被衍射限制在数百纳米。在这里，我们提出了一个实现单像素成像依赖于现有的超快电子显微镜，其中使用光调制电子，而不是光子，以实现亚纳米空间和时间分辨的单像素成像可实现的修改。我们模拟的电子束轮廓所产生的外部可编程的空间光调制器产生的光场的相互作用，并证明该方法的可行性，通过显示，样品图像及其时间演变可以重建使用现实的不完美的照明模式。电子单像素成像在低剂量探测束敏感的生物和分子样品，包括在原位实验期间的快速筛选中具有很强的应用潜力。
2022-11-01 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Room-temperature optically detected magnetic resonance of single defects in hexagonal boron nitride
材料中的光学可寻址自旋是量子技术的重要平台，如中继器和传感器。在二维（2D）分层材料中识别这样的系统提供了优于它们的大块对应物的优势，因为它们的降维使得能够更可行地在芯片上集成到设备中。在这里，我们报告光学检测磁共振（ODMR）从以前确定的碳相关的缺陷在二维六方氮化硼（hBN）。我们发现，单缺陷ODMR对比度可以高达6%，并显示磁场依赖性与每个缺陷的正负号。这种双极性可以揭示到低对比度最近报道的系综ODMR测量这些缺陷。此外，ODMR线形包括一个双重共振，表明低零场分裂或超精细耦合。我们的研究结果提供了一个有前途的路线实现室温自旋光子量子界面在六方氮化硼。
2021-03-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Electron-nuclear coherent coupling and nuclear spin readout through optically polarized VB- spin states in hBN
缺陷自旋与周围原子核的相干耦合以及读出后者的能力是量子技术应用的基本要求。我们发现，带负电荷的硼空位（VB-）在电子辐照六方氮化硼（hBN）满足这些先决条件。我们证明了具有特征衰减时间Tcoh = 15 us的VB-电子自旋的Hahn回波相干性，接近于hBN中自旋缺陷的理论预测极限18 us。叠加在Hahn回波衰减曲线上的MHz范围内的调制被示出为通过2.11 MHz的核四极相互作用由VB-自旋与三个最近的14 N核的相干耦合引起。支持DFT计算证实，电子-核耦合被限制在缺陷层。我们的研究结果允许深入了解hBN中VB-缺陷的电子-核相互作用，并证明其在量子技术中的强大潜力。
2021-12-20 cond-mat.mes-hall
Ultra-Sensitive Extinction Measurements of Optically Active Defects in Monolayer MoS$_2$
我们利用腔增强消光光谱直接量化的氦离子轰击所产生的缺陷在MoS $_2$的光吸收。我们实现了特定缺陷模式的高光谱成像，其检测限低于0.01%消光，对应于低于$10^{11}$ cm $^{-2}$的可检测缺陷密度。相应的光谱揭示了一个宽的子带隙吸收，与理论预测有关的硫空位束缚激子在MoS $_2$。我们的研究结果突出了腔增强消光光谱作为检测具有弱吸收的纳米级薄膜中的光学跃迁的有效手段，适用于广泛的材料。
2022-12-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Optimization of the power broadening in optically detected magnetic resonance of defect spins in silicon carbide
在量子信息处理和量子传感方面，碳化硅中的缺陷自旋已经成为有前途的平台。事实上，缺陷自旋的光学检测磁共振（ODMR）是应用的基石。在这项工作中，我们系统地研究了室温下碳化硅中的系综双空位自旋与激光和微波功率相关的ODMR的对比度和线宽。结果表明，磁场传感灵敏度可以提高10倍的优化激光和微波功率范围。该实验为碳化硅缺陷在量子信息处理和依赖于ODMR的量子传感中的应用提供了有益的参考。
2019-11-19 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
An optically defined phononic crystal defect
本文提出通过光学弹簧在声子晶体单原胞上编程缺陷模式，实现力学模式局域化并使其参与质量减少37倍，为新型光力学系统奠定基础。
2024-06-28 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
High precision nano scale temperature sensing using single defects in diamond
以几纳米量级的空间分辨率测量局部温度具有从半导体工业到材料到生命科学的广泛应用。当与精密温度测量相结合时，它有望提供由化学反应或生物化学过程引起的微小温度变化。然而，由于用于温度测量的纳米级探针的稳定性有限的物理过程，纳米级温度测量和精度到目前为止已经相互排斥。在这里，我们实验证明了一种新的纳米级温度传感技术的基础上，在钻石中的单原子缺陷。传感器的尺寸范围从毫米到几十纳米。利用光学可访问的电子自旋能级结构对温度变化的敏感性，我们实现了5 mK Hz $^{-1/2}$的温度本底噪声在散装传感器中的单个缺陷。使用掺杂的纳米金刚石作为传感器产生130 mK Hz $^{-1/2}$噪声基底的温度测量，并且在几十纳米的长度尺度下精度低至1 mK。对温度变化的高灵敏度以及出色的空间分辨率与出色的传感器稳定性相结合，使得纳米级精确温度测定足以通过反应热测量少数或单个分子的化学过程，即使在细胞等异质环境中。
2013-04-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Engineering optically active defects in hexagonal boron nitride using focused ion beam and water
面元氮化硼（hBN）已成为纳米光子学和量子传感的有前途的材料平台，其具有光学活性缺陷，具有优异的性能，如高亮度和大光谱调谐。然而，在hBN中发射器的确定性空间定位的精确控制在很长一段时间内仍然难以捉摸，限制了它们在混合器件中的适当相关表征和应用。最近，聚焦离子束（FIB）系统被证明是有用的工程师几种类型的空间定义的发射器具有各种结构和物理特性。在这里，我们系统地探索的物理过程，导致使用FIB在hBN中的光学活性缺陷的创建，并发现，梁基板相互作用在缺陷的形成中起着关键作用。这些发现证实了使用透射电子显微镜，揭示了局部机械退化的hBN层和局部非晶化的离子束照射hBN。此外，我们表明，暴露于水后，非晶化hBN经历了两种缺陷类型之间的结构和光学过渡具有独特的发射性能。此外，使用超分辨率光学显微镜与原子力显微镜相结合，我们查明了缺陷部位内发射体的确切位置，确认了缺陷边缘作为荧光发射主要来源的作用。这为hBN中光学活性缺陷的FIB辅助工程化奠定了基础，具有高空间和光谱控制，用于从集成光子学到量子传感再到纳米流体的应用。
2021-07-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Zero-field deterministic all-optical writing and annihilation of nanometer-scale skyrmion bubbles
本文通过单飞秒激光脉冲实现了无磁场下单个Skyrmion的确定性全光写入与湮灭，为Skyrmion应用提供了新的研究方向。
2025-12-22 cond-mat.mes-hall
THz emission induced by optical beating in nanometer-length field-effect-transistors
给出了InGaAs晶体管通道中光激发共振单色太赫兹辐射的直接测量实验结果。发射归因于两个连续激光源的拍频的频率$f_0$的通道中的电子-空穴对的光生激发的二维等离子体波。发现Si测辐射热计在$f_0\pm 10$ GHz（$f_0$从0.3到0.5 THz）范围内存在辐射共振，数值结果支持这种高质量的辐射共振可以用晶体管沟道的不稳定性来解释。
2011-07-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Femtosecond Laser Writing of Spin Defects in Hexagonal Boron Nitride
宽带隙材料中的旋光自旋缺陷在量子信息和量子传感方面有着广泛的应用前景。二维层状范德瓦尔斯材料中的自旋缺陷才刚刚开始研究。在这里，我们表明，光学寻址的自旋系综在六方氮化硼（hBN）可以产生飞秒激光照射。我们观察光学检测的磁共振（ODMR）的hBN的自旋缺陷激光照射。我们表明，在hBN中的自旋缺陷的创建强烈的影响，由飞秒激光的脉冲能量。当激光脉冲数小于几千时，脉冲数只影响缺陷的密度而不影响缺陷的类型。在适当的激光参数下，可以以高的成功概率产生自旋缺陷。我们的工作提供了一个方便的方法来创建自旋缺陷的hBN飞秒激光写入，这显示了良好的前景，量子技术。
2021-02-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spin Properties of Very Shallow Nitrogen Vacancy Defects in Diamond
我们研究了位于金刚石表面1-10 nm范围内的单个氮空位中心的自旋和光学性质。我们观察到稳定的缺陷与特征的光学检测磁共振光谱下降到最低的深度。我们还发现了一个小的，但系统的光谱展宽的缺陷浅于约2纳米。这种加宽与表面顺磁性杂质层的存在一致[Tisler等人，ACS Nano 3，1959（2009）]在很大程度上通过运动平均解耦。非常接近表面的稳定和良好的行为缺陷的观察是至关重要的单自旋传感器和设备需要纳米接近目标。
2012-08-09 cond-mat.mes-hall
Pinning and movement of individual nanoscale magnetic skyrmions via defects
磁skyrmions钉扎缺陷的理解是至关重要的未来自旋电子学应用的发展。虽然钉扎对于磁性skyrmions的精确定位是期望的，但是当它们要移动通过材料时是有害的。我们使用扫描隧道显微镜来研究原子尺度的缺陷和磁skyrmion之间的相互作用，只有几个纳米的直径。所研究的钉扎中心范围从单原子层内缺陷和吸附原子到吸附在我们模型系统表面的团簇。我们发现非常不同的钉扎强度，并确定首选位置的skyrmion。簇和skyrmion之间的相互作用可以是足够强的skyrmion遵循时，通过横向操纵与STM尖端移动整个表面的簇。
2016-01-20 cond-mat.mes-hall
Optically addressable spin defects coupled to bound states in the continuum metasurfaces
针对六方氮化硼本征自旋缺陷量子效率低、发射光谱宽的问题，提出并实现其与准连续谱束缚态高品质因子共振的单片集成，使光致发光强度提升25倍、光谱线宽窄于4 nm，为量子应用的vdW基纳米光子器件研发铺路。
2024-03-06 cond-mat.mes-hall physics.optics
Bonding Character as a Descriptor for Huang-Rhys Factors in Optically Active Defects
University of North Texas（北德克萨斯大学）
本研究提出一种基于轨道的键合特征描述符，结合基态形变技术规避激发态弛豫与全声子计算，可高效估算缺陷HR因子，有望用于高通量筛选自旋量子比特和单光子发射器候选材料。
2025-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Imaging resonant dissipation from individual atomic defects in graphene
将电流转化为热量涉及到在纳米尺度上操作并释放微量能量的微观过程。虽然我们对材料电性质的理解至关重要，但迄今为止，能量耗散的单个介质还无法直接观察到。使用具有亚微米K灵敏度的扫描纳米测温法，我们可视化并控制石墨烯中单个原子缺陷的声子发射。当费米能级与电子准束缚态在这种缺陷处发生共振时，推断出的电子-声子“冷却功率谱”呈现出尖锐的峰值，这是一个迄今为止未知的过程。可切换的原子尺度声子发射体在石墨烯的边缘很少见，但却很丰富，它定义了主导的耗散机制。我们的工作为解决现代电子和纳米级工程耗散中的关键材料挑战提供了新的见解。
2017-10-04 cond-mat.mes-hall
First-principles design of main-group dimer defects in ZnO as candidate quantum defects
Sungkyunkwan University（成均馆大学）；Ajou University（亚洲大学）；University of Wisconsin-Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）
该研究通过杂化密度泛函理论设计ZnO中的主族施主-受主二聚体缺陷，发现(Si_Zn-B_O)^+等缺陷具备可见光跃迁、亚微秒辐射寿命等特性，有望作为光活性自旋缺陷候选。
2026-08-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Charge state tuning of spin defects in hexagonal boron nitride
本文展示了超薄六方氮化硼中硼空位电荷态的可调控性，发现其在石墨烯电极间可发生光学活性转变且带负电的硼空位对外部垂直电场保持稳健，为二维量子传感器和范德华异质结构集成提供了重要依据。
2025-01-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Single Defect Center Scanning Near-Field Optical Microscopy on Graphene
我们展示了作为供体的单个氮空位中心和作为受体的石墨烯之间的高分辨率扫描荧光共振能量转移10显微镜。获得了单层和多层石墨烯结构的11幅具有几纳米分辨率的图像。在单个13缺陷和石墨烯之间的距离为10 nm处测量到30%的能量转移效率。此外，测量氮空位中心到石墨烯的能量转移距离依赖性，以显示预测的d-4 15依赖性。我们的研究为基于金刚石缺陷中心的多功能16单发射扫描显微镜铺平了道路。
2013-01-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantifying the creation of negatively charged boron vacancies in He-ion irradiated hexagonal boron nitride
本研究利用聚焦氦离子在六方氮化硼中产生不同密度的光学活性空位，结合磁共振测量与微观电荷模型计算，量化了带负电硼空位（$V_B^-$）的产生数量，得出其占比下限为0.2%，为优化hBN发光中心提供了测量协议。
2025-04-25 cond-mat.mes-hall
GaAs droplet quantum dots with nanometer-thin capping layer for plasmonic applications
我们报告的生长和光学特性的液滴GaAs量子点与超薄（11 nm）的覆盖层。为了实现这样的结果，在生长过程中引入内部热加热步骤，并通过扫描电子显微镜和原子力显微镜研究其在所获得的量子点的形态特性中的作用。在低温下的光致发光测量表明，在近红外波长处，单量子点的光稳定，尖锐和明亮的发射。考虑到它们的光学性质的质量和与表面的接近度，这样的发射器是用于研究近场效应（如与等离子体模式的耦合）的理想候选者，以便强烈地控制发射的方向性和/或自发发射率（量子光子应用的关键参数）。
2017-10-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-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
Sulfur and sulfur-oxide compounds as potential optically active defects on SWCNTs
Department of Electrical and Computer Engineering, Boston University（波士顿大学电气与计算机工程系）；Department of Chemistry, Boston University（波士顿大学化学系）；Center for Nanoscale Materials, Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室纳米材料中心）；Consortium for Advanced Science and Engineering, University of Chicago（芝加哥大学先进科学与工程联盟）；Materials Science and NanoEngineering, Rice University（莱斯大学材料科学与纳米工程）；Northwestern Argonne Institute of Science and Engineering（西北-阿贡科学与工程研究所）；Materials Science Division, Boston University（波士顿大学材料科学部）；Department of Physics, Boston University（波士顿大学物理系）
本研究发现硫氧化物化合物可作为（6,5）SWCNT的新型光学活性掺杂剂，通过共价缺陷调控其电子特性。
2025-12-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Optical spin defect pairs in cubic boron nitride
RMIT University（皇家墨尔本理工大学）；Rice University（莱斯大学）；University of Technology Sydney（悉尼科技大学）
研究发现立方氮化硼中存在光学自旋缺陷对，其特性与六方氮化硼相似，拓展了量子传感材料的应用范围。
2026-04-09 cond-mat.mes-hall
Nanoscale modification of WS$_2$ trion emission by its local electromagnetic environment
过渡金属二硫属化物单分子膜的结构、电子和化学纳米级修饰改变了它们的光学性质，包括产生单光子发射体。一个关键的缺失元素完全控制是一个直接的空间相关性的光学响应纳米级的修改，由于光学光谱和纳米分辨技术，如透射电子显微镜或扫描隧道显微镜之间的空间分辨率的巨大差距。在这里，我们通过使用电子光谱法获得纳米分辨光学特性来弥合这一差距，特别是电子能量损失光谱法（EELS）用于吸收和阴极发光（CL）用于发射，这与化学和结构信息直接相关。在h-BN/WS $_2$ /h-BN异质结中，我们观察到由于数十纳米宽的电介质贴片而导致的trion（X $^{-}$）发射的局部调制，而激子X $_A$不遵循相同的调制。在靠近支撑异质结构的碳膜的电荷积累发生的区域中，三电子发射也增加。最后，局部激子发射（L）检测不相关的应变变化1 $\%$以上，这表明点缺陷可能参与其形成。
2021-02-12 cond-mat.mes-hall
Visualizing Encapsulated Graphene, its Defects and its Charge Environment by Sub-Micrometer Resolution Electrical Imaging
由诸如石墨烯或过渡金属二硫属化物的二维（2D）材料制成的器件具有有趣的电子性质，当通过将样品封装在六方氮化硼（hBN）层之间来保护样品免受有害环境影响时，这些电子性质可以变得可用于实验探针。虽然可以通过光学图像或共焦拉曼成像的后处理来检测封装的薄片，但这些技术缺乏亚微米级的分辨率来识别撕裂、结构缺陷或杂质，而这对于制造高质量器件至关重要。在这里，我们展示了一个简单的方法来可视化这样的埋片与亚微米分辨率，结合开尔文力探针显微镜（KPFM）与静电力显微镜（EFM）。测量表面电位波动的KPFM在发现异质结构内部和顶部的带电污染物方面非常有效，从而可以区分掩埋薄片中的污染区域。当施加大于表面电位波动的尖端偏压时，EFM在突出封装薄片及其亚微米结构缺陷方面变得非常有效。我们表明，这些成像模式，这是原子力显微镜（AFM）的标准扩展，非常适合定位封装导体，可视化纳米级的缺陷和气泡，并表征其局部电荷环境。
2019-07-15 cond-mat.mes-hall
Enhanced Magnetization by Defect-Assisted Exciton Recombination in Atomically Thin CrCl$_3$
本研究利用金刚石氮-空位中心量子传感结合激子泵浦，发现缺陷辅助俄歇复合可增强原子级薄CrCl₃的面内磁化，验证了缺陷工程调控二维磁体磁性的可行性，开辟了光致瞬态磁性研究新平台。
2024-08-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Deterministic single ion implantation of rare-earth ions for nanometer resolution colour center generation
固态基质中的单个掺杂剂原子或掺杂剂相关的缺陷中心为拓扑状态的量子模拟、量子计算和通信提供了有吸引力的平台，这是由于它们实现与电子和光子集成电路兼容的可扩展架构的潜力。这种量子器件的生产需要确定性的单原子掺杂技术，因为传统的随机掺杂技术无法提供适当的架构。在这里，我们提出了在YAG基板的praseoorphin色心阵列的制造，使用一个确定性的单激光冷却Pr $^+$离子源。从Paul阱中提取单个Pr $^+$离子束，并聚焦到30（9）nm。使用共聚焦显微镜，我们确定到活性色心的转换产率高达50%，并实现优于50 nm的放置精度。
2019-02-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.other quant-ph
Correlating dynamic strain and photoluminescence of solid-state defects with stroboscopic x-ray diffraction microscopy
控制半导体中光学活性缺陷附近的局部晶格扰动是利用固态量子比特的潜力用于量子信息科学和纳米级传感的关键步骤。我们报告的发展频闪扫描X射线衍射显微镜的方法，用于实时空间成像的动态应变与微观光致发光测量。我们在4 H-SiC中展示了这种技术，该技术具有长寿命的室温空位自旋缺陷。使用纳米聚焦X射线光子脉冲同步到表面声波发射器，我们实现了有效的时间分辨率为100 ps，在25 nm的空间分辨率映射微弧度动态晶格曲率。工程散射结构附近的声致晶格畸变与由局部压电效应驱动的光学活性SiC量子缺陷的增强的光致发光响应相关。这些结果表明，一个独特的路线直接成像局部应变纳米机械结构和量化的动态结构功能关系的材料在现实的操作条件下。
2019-07-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Photocurrent Imaging of p-n Junctions and Local Defects in Ambipolar Carbon Nanotube Transistors
利用扫描光电流显微镜（SPCM）研究了双极型碳纳米管（CNT）晶体管内部pn结的特性以及局部缺陷。我们的SPCM图像显示了金属接触附近的强信号，其极性和位置根据栅极偏置而变化。结合整体电导分析的SPCM图像还表明在n型操作制度中接触附近的内部pn结的存在和栅极依赖的演变。为了以纳米级分辨率确定pn结位置和耗尽宽度，使用高斯拟合。我们还测量了CNT器件在不同栅偏压下的电势分布，这表明使用SPCM技术可以成像局部缺陷和感应电场。我们的实验清楚地表明，SPCM是一个有价值的工具，用于成像和优化基于CNT的器件的电气和光电性能。
2007-07-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Magnetic resonance detection of individual proton spins using a quantum reporter network
我们展示了一种在环境条件下具有单个核自旋灵敏度的磁共振成像方法。它采用了一个孤立的电子自旋量子比特（量子比特）网络，作为高纯度钻石表面的量子报告者。报告自旋与纳米尺度的不确定性本地化，和他们的量子态相干操纵和测量光学通过一个近端氮空位（NV）色心位于几个纳米以下的金刚石表面。量子报告网络，然后用于传感，相干耦合和成像的钻石表面上的埃分辨率的个别质子自旋。这种方法可以使复杂分子的直接结构成像，不能从批量研究。它实现了一个新的平台，用于探测新材料，监测化学反应，并在量子水平上操纵表面上的复杂系统。
2014-10-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Characterization and manipulation of individual defects in insulating hexagonal boron nitride using scanning tunneling microscopy
缺陷在决定大多数材料的性能方面起着关键作用，并且由于它们往往高度局部化，因此在单缺陷水平上表征它们特别重要。扫描隧道显微镜（STM）具有成像导体，半导体和薄膜中的单个点缺陷的电子结构的历史，但纳米尺度的单缺陷电子表征仍然是本征体绝缘体的一个难以捉摸的目标。在这里，我们报告的表征和操纵的本征体六方氮化硼（BN）绝缘体通过STM的个别本征缺陷。通常，这是不可能的，因为缺乏用于电流的导电漏极路径。我们克服了这个问题，采用石墨烯/BN异质结构，它利用石墨烯的原子薄的性质，允许可视化的缺陷现象，在下面的散装BN。我们观察到三种不同的缺陷结构，我们归因于体内的块状绝缘氮化硼的缺陷。使用扫描隧道光谱（STS），我们获得这些BN缺陷结构的电荷和能级信息。除了表征这样的缺陷，我们发现，它也可以通过施加到我们的STM尖端的电压脉冲来操纵它们。
2014-12-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dynamics of optically directed assembly and disassembly of plasmonic nanoplatelet arrays
基于纳米颗粒的光学物质的研究只考虑了球形成分。然而，具有其他形状的纳米颗粒预计具有不同的局部电磁场分布，因此与光学物质阵列中的邻居相互作用。因此，人们会期望它们的动态也不同。我们研究了有序阵列的等离子体纳米片在光学线阱中的定向组装，通过全息光束整形改变相位梯度来展示阵列的可重构性。与等离子体纳米球相比，纳米片上较弱的梯度力和由此产生的较慢的运动允许精确研究它们的组装和分解动力学。在间隔数百纳米到几微米的颗粒之间检测到时间和空间相关性。电动力学模拟揭示了多极等离子体激元模式，诱导短距离（近场）和较长范围的电动相互作用的存在。这些相互作用导致了强相关性和观察到的非均匀动力学。我们的发现展示了通过利用多极等离子体模式之间的干涉来产生复杂的可寻址光学物质的新机会，并创造了新的有源光学技术。
2018-01-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.soft physics.optics
Dimensionality reduction of optically generated vortex strings in a charge density wave
本文利用时间分辨光泵浦-X射线探测实验研究了Pd插层ErTe$_{3}$中光致相变产生的涡旋弦动力学，发现其有效维度降低且持续时间远超电子恢复时间，为光控拓扑缺陷维度稳定量子态提供了新途径。
2025-09-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech cond-mat.str-el
Laser Direct Writing of Visible Spin Defects in Hexagonal Boron Nitride for Applications in Spin-Based Technologies
本文利用飞秒激光直写在hBN中确定性制备550–800 nm可见自旋缺陷阵列，并测得最高0.8%的正单峰ODMR对比度。
2023-03-11 cond-mat.mes-hall physics.optics
Coupling emission from single localized defects in 2D semiconductor to surface plasmon polaritons
类原子发射体与表面等离子体激元的耦合提供了一条通向显著的光学非线性的路径，这在量子信息处理和量子网络中是必不可少的。大的耦合强度要求发射器在等离子体结构的表面附近的纳米级定位精度，这是具有挑战性的。我们证明了在钨二硒化物（WSe2）单层自对准的银纳米线的表面等离子体激元模式的单个局部缺陷的耦合。银纳米线在重叠区域处的单层上诱导应变梯度，导致形成固有地接近表面等离子体的局部缺陷发射位点。我们测量的耦合效率的下限为39%，从发射器到等离子体模式的银纳米线。该技术提供了一种实现等离子体结构与2D半导体的局部缺陷之间的有效耦合的方法。
2017-06-05 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Resonant optical spectroscopy and coherent control of Cr4+ spin ensembles in SiC and GaN
与点缺陷相结合的自旋越来越被视为固态实现量子信息技术的重要资源。特别是，有越来越多的兴趣，在识别新的类缺陷自旋，可以控制光学。在这里，我们展示了系综光学自旋极化和光学检测的磁共振（ODMR）的S = 1电子基态的铬（Cr 4+）杂质在碳化硅（SiC）和氮化镓（GAN）。自旋极化是可能的窄光学线宽的这些合奏（< 8.5 GHz），这是类似的幅度在液氦温度下的离子的基态零场自旋分裂能量。因此，我们能够在低磁场下使用腔稳定的窄线宽激光器的共振激发来光学解析系综内的各个自旋子能级。此外，这些近红外发射器具有非常弱的声子边带，确保> 73%的总光发射包含在缺陷零声子线中。这些特性使得这种基于半导体的过渡金属杂质系统成为进一步研究的有希望的目标，以在普通光电材料内集成光学活性量子态。
2016-08-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Room Temperature Coherent Control of Spin Defects in hexagonal Boron Nitride
具有可接近自旋态的固体中的光学活性缺陷是固态量子信息和传感应用的有希望的候选者。为了将这些缺陷用作量子构建块，需要对其自旋状态进行相干操纵。在这里，我们实现了对六方氮化硼（hBN）中硼空位（V $_B^-$）中心系综的相干控制。具体地说，通过应用脉冲自旋共振协议，我们测量的自旋晶格弛豫时间（$T_1$）18 $μ$ s和自旋相干时间（$T_2$）2 $μ$ s在室温下。自旋-晶格弛豫时间在低温下增加了三个数量级。此外，采用两个和三个脉冲的电子自旋回波包络调制（ESEEM），我们分离的四极和超精细与周围的核的相互作用。最后，通过应用一种方法将自旋状态从其不均匀的核环境中解耦-“烧孔”-光谱光学检测到的磁共振线宽显着降低到几十kHz，从而将自旋相干时间延长了三倍。我们的研究结果对于量子技术中范德华材料的使用非常重要，特别是在使用hBN作为混合量子系统的高分辨率量子传感器的背景下，包括2D异质结构，纳米级器件和新兴的原子薄磁体。
2020-10-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optically Coherent Nitrogen-Vacancy Centers in HPHT Treated Diamonds
Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Qufu Normal University（曲阜师范大学）；Songshan Lake Materials Laboratory（松山湖材料实验室）
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
Optical detection of paramagnetic defects in diamond using off-resonance excitation of NV centers
在这项工作中，我们使用钻石中的氮空位缺陷的荧光来检测和探索钻石中的其他顺磁缺陷，如P1缺陷，这通常是无法通过在标准条件下的磁共振光学检测检测。我们的方法不需要重叠的缺陷之间的共振，因此是适用于一个广泛的区域的磁场和频率，验证了良好的拟合理论预测。我们提出了一个去极化计划的P1缺陷占观察到的数据。为了验证我们的结果，我们进行基于腔的磁共振检测，并找到一个很好的协议之间的测量光致偏振和理论上从速率方程得到的值。这项工作中的发现可能开辟了通过氮空位缺陷的光致发光检测金刚石外部顺磁缺陷的方法，这可能对生物成像有用。
2019-04-05 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optically addressable molecular spins for quantum information processing
自旋轴承分子是量子技术的有前途的构建模块，因为它们可以进行化学调谐，组装成可扩展的阵列，并容易纳入不同的设备架构。在分子系统中，光学寻址基态自旋将使量子信息科学中的广泛应用成为可能，正如固态缺陷所证明的那样。然而，这种重要的功能对于分子来说仍然是难以捉摸的。在这里，我们证明了这种光学寻址在一系列合成的有机金属，铬（IV）分子。这些化合物显示出基态自旋，可以用光初始化和读出，并用微波进行相干操作。此外，通过对分子结构的原子修饰，我们调整了这些化合物的自旋和光学性质，为自下而上合成的设计师量子系统铺平了道路。
2020-04-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Sub-nanometer 3D morphometric precision of polarisation-resolved wide-field optical extinction microscopy determines the roundness of individual gold nanospheres
Cardiff University（卡迪夫大学）；Al-Furat Al-Awsat Technical University（阿尔富拉特阿尔奥萨特技术大学）
通过极化分辨宽场光学消光显微镜，实现了单个金纳米球的亚纳米级三维形态精度测量，精度优于5%，尺寸精确到0.1 nm。
2026-02-09 cond-mat.mes-hall physics.optics
Review on coherent quantum emitters in hexagonal boron nitride
六方氮化硼是一种新兴的二维材料，在纳米光子学或纳米力学等领域具有深远的应用。它的层状结构对于新材料如范德华异质结构起着关键作用。层状结构也有独特的影响托管，光学活性的缺陷中心。一种非常特殊类型的缺陷中心来自于在层之间局部化的机械隔离轨道的可能性。由此产生的耦合到低频声学声子的情况下，原来是必不可少的元素，以保护光学跃迁的相干性与环境的机械相互作用。因此，即使在室温下，光谱跃迁线宽仍然非常窄，从而为环境条件下的相干量子光学铺平了新的道路。在这篇综述中，我总结了国家的最先进的缺陷中心在六方氮化硼的光学相干缺陷中心的重点。我讨论了目前对缺陷中心的理解，剩余的问题和潜在的研究方向，以克服普遍存在的挑战。该领域被放在一个广泛的角度与量子技术的影响，如量子光学，量子光子学以及自旋光力学。
2022-01-31 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph physics.optics
Oxygen-vacancy quantum spin defects in silicon carbide
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）；Zhejiang University（浙江大学）
研究揭示硅碳中PL5和PL6中心的氧空位起源，通过化学和同位素控制策略确定其结构，为确定性工程这些缺陷奠定基础，推动可扩展的光子器件和高灵敏度量子传感器发展。
2026-03-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
