Coupling of Nitrogen-Vacancy Centers to Photonic Crystal Cavities in Monocrystalline Diamond
通过耦合到使用标准半导体制造技术在单晶金刚石中制造的光子晶体谐振器，氮-空位中心的零声子跃迁速率被增强约70倍。对光谱过滤的零声子线的光子相关测量显示出反聚束，即收集到的光致发光主要由单个氮空位中心发射的特征。利用高分辨光致发光和光致发光激发光谱表征了氮-空位耦合中心的线宽和光谱扩散。
2012-02-03 physics.optics 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
Enhanced Spectral Density of a Single Germanium Vacancy Center in a Nanodiamond by Cavity-Integration
本文利用原子力显微镜纳米操控将含单个GeV$^-$色心的纳米金刚石集成到高精细度法布里-珀罗微腔中，实现48倍光谱密度增强，为高效自旋-光子平台奠定基础。
2023-11-30 physics.optics quant-ph
Diamond particles as nanoantennas for nitrogen-vacancy color centers
金刚石纳米颗粒中的氮空位（NV）中心的光致发光表现出特定的性质相比，在块体金刚石NV中心。例如，已经报道了粒子之间的寿命和亮度的大波动。还观察到，对于比平均发光波长小得多的纳米晶体，颗粒尺寸为受激发射耗尽（STED）显微镜中的分辨率设定了较低的阈值。我们表明，所有这些功能可以定量地理解，通过实现由NV中心的光的吸收-发射介导的金刚石纳米颗粒，其行为作为一个介电纳米天线。
2011-07-03 physics.optics quant-ph
Hybrid III-V diamond photonic platform for quantum nodes based on neutral silicon vacancy centers in diamond
将基于钻石色心的原子量子存储器与片上光子器件集成，将使长距离纠缠分布成为可能。然而，由于色心对其环境高度敏感，并且它们的性质在纳米制造结构中退化，因此集成的努力一直具有挑战性。在这里，我们描述了一种异质集成的片上III-V金刚石平台，该平台设计用于金刚石中的中性硅空位（SiV 0）中心，从而避免了蚀刻金刚石衬底的需要。通过与金刚石表面附近的SiV 0中心的倏逝波耦合，该平台将使Purcell增强SiV 0发射和有效的频率转换到电信C波段。所提出的结构可以用容易获得的制造技术来实现。
2020-12-30 cond-mat.other physics.optics quant-ph
Photophysics of single silicon vacancy centers in diamond: implications for single photon emission
金刚石中的单硅空位色心最近显示出高亮度、窄带宽、室温单光子发射的能力。本工作建立了一个描述铱表面金刚石纳米晶体中单SiV中心的三能级布居动力学模型，包括强度依赖的去搁置过程。此外，我们调查的亮度和光稳定性的单中心，并发现最大单光子速率为6.2 Mcps的连续激发下。我们调查的荧光收集效率和估计的SiV中心的量子效率。
2012-08-09 physics.optics quant-ph
Imaging crystal stress in diamond using ensembles of nitrogen-vacancy centers
提出了一种用于含氮空位（NV）心薄表面层金刚石的微米分辨率毫米视场应力成像方法。在这种方法中，我们重建应力张量元素在一个二维的视野从NV光学检测磁共振（ODMR）光谱。我们使用这种技术来研究应力不均匀性如何影响NV磁力测量性能，并显示NV应力成像是如何评估这些影响的有用和直接的方法。这种用于映射金刚石应力的新工具将有助于优化NV金刚石传感，在物理和生命科学中具有广泛的应用。
2019-08-26 physics.optics quant-ph
The charge cycle of group IV vacancy centers in diamond: From DFT to rate equations
本研究针对金刚石中第IV族空位中心的电荷循环问题，模拟了其从$-2$到$0$电荷态的过程，通过计算单步和双步电离过程的起始能量，并利用Fermi's golden rule推导出速率方程。
2025-04-28 cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph physics.comp-ph
Deterministic coupling of a single silicon-vacancy color center to a photonic crystal cavity in diamond
单固体发射极与纳米腔的确定性耦合是集成量子信息器件的关键。在这里，我们制作了一个光子晶体腔周围的一个预先选定的单一的硅空位的颜色中心的钻石和演示修改的发射器内部的人口动态和辐射量子效率。受控的，室温腔耦合引起共振Purcell增强的零声子跃迁的因子为19，随着发射器的寿命减少2.5倍。
2014-08-08 physics.optics quant-ph
Localized chemical switching of the charge state of nitrogen-vacancy luminescence centers in diamond
我们提出了一种用于控制半导体近表面发光中心电荷态的束引导化学技术。具体而言，我们氟化的H-终止的金刚石表面的电子束照射在NF 3蒸汽的存在下。氮空位处理作为一种局部化学开关，将氮空位发光中心的电荷状态从中性改变为负态。电子束衍射过程是高度局部化的，并且可以用于控制由电子束扫描的各个纳米金刚石和表面区域的发射光谱
2014-06-04 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Diamond-optic enhanced photon collection efficiency for sensing with nitrogen-vacancy centers
提出一种金刚石光学设计，通过相对发光面将氮-空位色心的荧光收集量提升3.8(1)倍，与光线追踪模拟一致，从而改善了磁场、电场、压力、温度及旋转等量子传感测量的散粒噪声限制灵敏度。
2023-01-16 physics.optics quant-ph
Sub-diffraction optical manipulation of the chargestate of nitrogen vacancy center in diamond
作为量子计算和计量学的潜在候选者，金刚石中的氮空位（NV）中心由于电荷态转换而带来了挑战和机遇。利用不同的激光器进行光诱导电荷态转换，实现了亚衍射电荷态操纵。电荷态耗尽（CSD）显微镜分辨率提高到4.1 nm，通过优化激光脉冲序列。随后，通过CSD选择性地检测相邻NV中心的电子自旋态动力学。实验结果表明，CSD可以提高纳米传感和量子信息中NV中心测量的空间分辨率。
2014-10-17 physics.optics quant-ph
Optical far-field super-resolution microscopy using nitrogen vacancy center ensemble in bulk diamond
利用金刚石中的氮空位中心阵列作为近场光学探针，实现了光学远场超分辨显微术。通过检测氮空位中心的电荷态转换，测量了金刚石表面纳米结构的局域光场。利用电荷态耗尽纳米尺度实现了氮空位中心的定位，空间分辨率为6.1nm。金刚石表面上的纳米结构然后以低于光学衍射极限的分辨率成像。研究结果为建立通用光学超分辨显微镜提供了一种途径，也为氮空位中心的高空间分辨率量子传感提供了一个方便的平台。
2016-09-07 physics.optics
Adjoint-optimized nanoscale light extractor for nitrogen-vacancy centers in diamond
我们设计了一个纳米级的光提取器（NLE）的有效的出耦合和发射的宽带光的浅，带负电荷的氮空位（NV）中心在大块金刚石。NLE由金刚石上的图案化硅层组成，并且不需要对金刚石表面进行蚀刻。我们的设计过程是基于伴随优化使用宽带时域模拟和产量结构，固有的定位和制造误差的鲁棒性。我们的NLE功能类似于NV中心的传输天线，将从位于金刚石表面以下10 nm处的NV中心提取的光功率提高了35倍以上，并将光发射到远场的+/-30°锥体中。这种光提取方法可以很容易地适用于其他固态色心。
2020-10-07 physics.app-ph physics.optics 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
A Diamond-Photonics Platform Based on Silicon-Vacancy Centers in a Single Crystal Diamond Membrane and a Fiber-Cavity
我们实现了一个潜在的平台，一个有效的自旋光子接口，即带负电荷的硅空位中心的金刚石膜耦合到一个完全可调谐的，基于光纤的，光学谐振器的模式。我们证明，引入薄（$\sim 200 \, \text{nm}$），单晶金刚石膜的谐振腔的模式不会改变腔的属性，这是一个有效的自旋光子接口的关键点之一。特别是，我们观察到恒定的高精细度值高达$3000$和线性分散在膜的存在下。我们观察到了增强因子为$\sim 1.9$的SiV $^{-}$中心系综的腔耦合荧光。此外，从我们的调查中，我们提取的合奏吸收和外推的吸收截面$(2.9 \, \pm \, 2) \, \cdot \, 10^{-12} \, \text{cm}^{2}$为一个单一的SiV $^{-}$中心，比以前报道的高得多。
2019-03-15 physics.app-ph physics.optics quant-ph
NV-Metamaterial: Tunable Quantum Hyperbolic Metamaterial Using Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond
我们发现，金刚石中的氮空位（NV）中心可以产生一种新的量子双曲超材料。我们证明，双曲线色散关系的NV中心的金刚石可以工程和动态调谐通过施加磁场。这种具有可调负折射窗口的量子双曲超材料允许构建超过衍射极限的超透镜。除了亚波长成像之外，这种NV超材料还可以用于自发发射增强、热传输和声学、模拟宇宙学和寿命工程。因此，我们的建议将两个热点领域联系起来，即，NV中心和超材料。
2018-02-06 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
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
A Quantum Photonic Interface for Tin-Vacancy Centers in Diamond
量子网络的实现关键取决于建立有效的、相干的光-物质界面。金刚石中的光学活性自旋已经成为基于其自旋选择性光学跃迁、长寿命自旋基态以及与纳米光子学集成的潜力的有前途的量子节点。金刚石中的锡空位（SnV $^{\,\textrm{-}}$）中心特别令人感兴趣，因为它们在纳米结构中表现出窄线宽发射，并且在高于1 K的温度下具有长的自旋相干时间。然而，SnV $^{\,\textrm{-}}$中心的纳米光子接口尚未实现。在这里，我们报告腔增强发射的SnV $^{\,\textrm{-}}$中心的金刚石。我们将SnV $^{\,\textrm{-}}$中心集成到一维光子晶体谐振器中，并观察到发射强度增加了40倍。耦合系统的Purcell因子为25，导致大部分光子（$90\%$）进入腔模。我们的研究结果铺平了道路的基础上SnV $^{\,\textrm{-}}$中心的金刚石有效的，可扩展的自旋光子接口的创建。
2021-02-23 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
A compact and simple photonic nano-antenna for efficient photon extraction from nitrogen vacancy centers in bulk diamond
通过介质天线提高单个发射器的收集效率是研究固态量子光源的常用方法。目前的设计概念通常受到大的占地面积、淬火或复杂的制造工艺的影响。在这里，我们报告的另一种设计，其中的Kerker效应是用来准直发射从氮空位（NV）中心。这里讨论的结构是一种容易制造的圆柱形突起，由金刚石制成，位于金刚石基底的顶部，其中心包含NV。我们优化的结构方面的应用在量子信息处理和量子传感，并发现高达15倍的光子提取。
2017-05-03 physics.optics
Unidirectional single-photon emission from germanium-vacancy zero-phonon lines: Deterministic emitter-waveguide interfacing at plasmonic hot spots
为了实现纳米级的固态单光子源，我们研究了基于单晶纳米金刚石（ND）中孤立的单个锗空位（GeV）中心的类原子量子发射体。低温表征表明，与大块金刚石中的GeV中心相比，其基态的能量分裂增强高达6倍（即，在高应变ND中高达870 GHz，而在体中为150 GHz）。利用光刻对准技术，我们展示了一个集成的纳米光子平台，用于确定性接口等离子体激元波导与隔离GeV中心的ND，使单光子衰减率的10倍增强，以及通过明智地设计和定位布拉格反射器的发射方向控制。这种方法允许人们实现从单光子偶极源的单向发射，引入了一种新的方法，该方法是基于手性相互作用或拓扑保护的传播方向相关的技术的替代。所开发的基于等离子体激元的纳米光子平台由此为量子纳米光子学开辟了新的前景，特别是实现单光子和自旋量子比特之间的纠缠。
2019-03-13 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Multiphoton-Excited Fluorescence of Silicon-Vacancy Color Centers in Diamond
纳米金刚石中的硅空位色心在738nm处具有窄的、非漂白的发射线，有望作为生物应用的荧光标记物。这种荧光的双光子激发提供了在显着组织深度进行低背景检测和高三维空间分辨率的可能性。在1040 nm激发波长下，测量了离子注入金刚石中带负电荷的硅空位（$^-$）的双光子荧光截面，结果表明：SiVPDMATHABMM为$0.74(19) \times 10^{-50}{\rm cm^4\;s/photon}$.与金刚石氮空位（NV）中心相比，双光子激发的SiV中心的预期检测阈值低一个数量级以上，主要是由于其窄得多的线宽。我们还提出了测量的两个和三个光子的激发光谱，发现增加的双光子截面的波长减小，并讨论了物理解释的光谱的背景下，现有的模型的SiV能级结构。
2017-04-05 physics.optics
Loading an Optical Trap with Diamond Nanocrystals Containing Nitrogen-Vacancy Centers from a Surface
提出了一种简单有效的在大气中将粒子装入光阱的方法。在捕获激光波长处具有高吸收性的材料，例如柠檬黄染料，被用作附着光致发光金刚石纳米晶体的介质。混合物被烧成一团空气传播的颗粒，当材料被扫到载玻片上的激光聚焦附近时。然后用用于燃烧的激光捕获颗粒，或将其转移到不同波长的第二个激光阱。成功地将金刚石纳米晶体装入陷阱的证据包括光致发光（PL）对520 nm波长的激发激光的高灵敏度和光捕获颗粒的PL光谱。该方法为研究光阱金刚石纳米晶中的氮空位中心提供了一种简便的方法。
2015-06-26 cond-mat.mes-hall physics.optics
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
