Spectroscopic Investigations of Negatively Charged Tin-Vacancy Centres in Diamond
最近在金刚石中发现的带负电荷的锡空位中心在量子信息处理（QIP）中具有很好的应用前景。我们在这里提出了一个详细的光谱研究，包括单光子发射和偏振特性，发射光谱的温度依赖性以及声子边带和Debye-Waller因子的详细分析。利用光致发光激发光谱（PLE），我们探测了一个能量较高的激发态，并证明了在低温下的单发射体的完全寿命有限的线宽。对于这些发射器，我们还调查了共振激发下的电荷态的稳定性。这些结果提供了一个详细的洞察光谱特性的$\text{SnV}^-$中心，并奠定了基础，为进一步研究其在QIP的适用性。
2020-02-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Magnetic-Field-Dependent Stimulated Emission from Nitrogen-Vacancy Centres in Diamond
金刚石中带负电荷的氮空位中心是很有希望的量子磁场传感器。激光阈值磁强计是通过增加信号强度和磁场对比度来提高NV中心系综灵敏度的理论方法。在这项工作中，我们实验证明激光阈值磁强计。我们使用了一个宏观的高精细激光腔，包含一个高度NV掺杂和低吸收的金刚石增益介质，在532 nm泵浦和共振种子在710 nm。这使得通过受激发射将信号功率放大64%。我们显示的放大的磁场依赖性，因此，证明磁场依赖的受激发射从NV中心合奏。该发射显示出33%的创纪录对比度和mW范围内的最大输出功率。NV中心的相干读出的这些优点为量子缺陷的新型腔和激光应用以及具有显著提高的灵敏度的金刚石NV磁场传感器铺平了道路，用于健康、研究和采矿部门。
2021-09-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Optically induced spin polarisation of the NV- centre in diamond: role of electron-vibration interaction
金刚石中心（NV-）的新方面是通过光学照明实现的高度自旋极化。在本文中，它示出的自旋极化发生的结果，结合自旋轨道相互作用的电子振动相互作用，并开发一个电子模型，涉及这些相互作用来解释所观察到的极化。
2010-11-12 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Single-photon emitters based on NIR colour centres in diamond coupled with solid immersion lenses
单光子源代表了量子光学中的关键使能技术，而钻石中的单色中心由于其在室温下的高量子效率和光稳定性而成为实现这一目的的有希望的平台。被广泛研究的氮空位中心的特点是有几个限制，因此最近被认为是其他缺陷，在近红外发射中心的特定焦点。在目前的工作中，我们报告的本地近红外发射中心的高品质单晶金刚石与固体浸没透镜结构的聚焦离子束光刻制造的耦合。所报道的光收集效率方面的改进使得所提出的系统成为开发具有吸引人的光物理和光谱特性的单光子发射器的理想平台。
2016-08-25 cond-mat.mtrl-sci
Singlet levels of the NV$^{-}$ centre in diamond
NV-中心在637 nm处的特征跃迁在${}^3\mathrm{A}_2$和${}^3\mathrm{E}$三重态之间。此外，还存在中间态${}^1\mathrm{A}_1$和${}^1\mathrm{E}$单重态，并利用单轴应力研究了这些单重态之间在1042 nm处的红外跃迁.应力位移和分裂参数的确定，并考虑物理相互作用引起的参数内接受的电子模型的中心。它是建立这种相互作用的红外跃迁是由于电子-电子库仑排斥相互作用的修改。这与可见的637 nm跃迁形成对比，在可见的637 nm跃迁中，位移和分裂是由对单电子库仑相互作用的修改引起的。还确定了动态Jahn-Teller相互作用与单线态${}^1\mathrm{E}$状态相关联，其产生高于${}^1\mathrm{E}$电子状态的电子振动能级115 $\mathrm{cm}^{-1}$。与该水平相关的参数用于提供实验确认，即${}^1\mathrm{A}_1$是上单重态水平，而${}^1\mathrm{E}$是下单重态水平。
2014-07-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The negatively charged nitrogen-vacancy centre in diamond: the electronic solution
带负电荷的氮空位中心是金刚石中的独特缺陷，其具有非常适合于许多应用的性质，包括量子信息处理、量子精密测量和生物标记。虽然该中心的独特属性已被广泛记录和利用，但尚未实现对该中心物理特性的详细了解。事实上，关于中心的电子结构仍然存在一些争论点，例如暗中间单重态的排序。没有一个健全的模型，该中心的电子结构，了解系统的独特的动力学性质不能有效地进展。在这项工作中，分子模型的缺陷中心是充分发展，提供一个自洽的模型的完整的电子结构的中心。该模型的应用，以描述电，磁和应变相互作用的影响，以及该中心的精细结构随温度的变化，提供了一个宝贵的工具，那些研究该中心和设计未来的经验和从头研究这一重要缺陷的一种手段。
2010-08-31 cond-mat.mtrl-sci
The nitrogen-vacancy colour centre in diamond
金刚石中的氮空位色心（NV色心）是涌现量子技术（包括量子精密测量、信息处理和通信）以及各种纳米技术（如生物和亚衍射极限成像）和量子力学中纠缠测试的重要物理系统。鉴于现有和潜在的应用以及近50年的NV研究，人们会期望该中心的物理学得到很好的理解，然而，NV中心的研究已被证明具有挑战性，许多早期的断言现在被认为是错误的，许多剩余的问题尚未解决。这篇评论是第一次，关键的经验和从头计算的结果已被提取从广泛的NV文献和组装成一个一致的图片目前的理解中心。因此，确定了有关NV中心的关键未决问题，并审查了解决这些问题的可能途径。
2013-02-14 cond-mat.mtrl-sci
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
CVD diamond single crystals with NV centres: a review of material synthesis and technology for quantum sensing applications
金刚石是各种色心的宿主，这些色心表现出出色的光学和自旋特性。其中，氮空位（NV）中心是迄今为止研究最多的，由于其优越的特性，这保证了高度复杂的量子器件，特别是传感应用的发展。然而，利用这些中心的潜力主要依赖于高质量和纯度的金刚石单晶的供应，需要为此目的专门设计和工程。等离子体辅助化学气相沉积（CVD）技术已成为该领域研究的关键技术。氮确实可以以受控的方式直接原位掺杂到高结晶质量的金刚石基质中，从而允许产生可以潜在地集成到器件中的单个隔离中心或集合体。本文综述了化学气相沉积法制备量子级金刚石薄膜的要求。这些包括减少杂质和限制相干时间的周围自旋，在宽范围的浓度下控制NV密度以及它们在金刚石内的空间定位。本文还讨论了增强色心的电荷状态和择优取向。材料制造的这些改进有助于将金刚石定位为最有前途的固态量子系统之一，而传感领域的第一批工业应用才刚刚开始出现。
2019-12-20 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Luminescent Ge-related centre in high-pressure synthesized diamond
我们报告的高压合成新的纳米和微晶高品质的金刚石与发光锗相关的中心。在低于80 K的温度下，在2 eV（602 nm）处的发光中观察到四线精细结构，表明金刚石的质量很高。我们证明了锗和碳的同位素位移在602 nm处的发光的精细结构和它的振动边带，这使我们能够明确地将中心与锗杂质进入金刚石晶格。计算结果表明，在该中心的电子结构中存在两个基态能级和两个激发态能级，能级间距为0.7 meV，能级间距为4.6 meV，表明该中心为劈裂空位结构.
2015-10-20 cond-mat.mtrl-sci
Behaviour of a muonic atom as an acceptor centre in diamond
利用极化负μ子研究了化学气相沉积（CVD）法合成金刚石中硼受主中心的行为。负μ介子取代碳原子中的一个电子，这个μ原子模仿金刚石中的硼受体杂质。在20 - 330 K的温度范围内，在14 kOe的横向磁场中测量了μ子自旋弛豫速率和自旋进动频率的温度依赖性。第一次在金刚石中观察到μ子自旋进动的负移。这是一个各向异性的超精细相互作用的硼受体初步归因于。磁性测试表明，CVD样品的磁化率接近于最纯净的天然金刚石。
2013-05-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Low temperature investigations of single silicon vacancy colour centres in diamond
我们研究了单一的硅空位（SiV）中心的化学气相沉积（CVD）纳米金刚石铱以及一个高品质的，低应力CVD金刚石薄膜中的SiV中心的系综，通过使用温度依赖发光光谱在温度范围5-295 K。我们详细研究了SiV中心的零声子线（ZPL）随温度变化的精细结构。从室温冷却到5 K时，ZPL转变受到非均匀和温度相关的均匀展宽的影响，并发生约20 cm-1的蓝移。我们采用激发功率相关的g（2）测量，探索温度依赖的内部人口动力学的单SiV中心，并推断几乎温度无关的动力学。
2013-03-04 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Proximal nitrogen reduces the fluorescence quantum yield of nitrogen-vacancy centres in diamond
金刚石中的氮空位色心是最重要的固态量子体系之一。其应用领域包括高精度传感、量子计算、单光子通信、计量学、纳米级磁成像和生物传感。对于所有这些应用，所发射的光子的高量子产率是期望的。然而，被设计成具有高密度氮空位中心的金刚石样品显示出在单个批次内或甚至在同一样品内显著变化的亮度水平。在这里，我们表明，附近的氮杂质淬火氮空位中心通过非辐射跃迁发射，导致荧光量子产率降低。我们监测的氮空位中心合奏从合成金刚石样品与不同浓度的氮杂质的发射特性。虽然在1.81 ppm的低氮密度下，我们测得的寿命为13.9 ns，但我们观察到随着氮密度的增加，寿命大幅减少。我们测量的寿命低至4.4纳秒在氮密度为380 ppm。寿命的变化分别与相对荧光量子产率从77.4%降低至32%以及氮密度从88 ppm增加至380 ppm相匹配。这些结果将告知优化基于氮空位中心荧光的金刚石晶体器件的性能所需的条件。此外，这项工作提供了深入了解钻石和纳米钻石内的高密度氮空位合奏中观察到的不均匀性的起源。
2021-12-14 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Laser Activation of Single Group-IV Colour Centres in Diamond
针对量子网络用金刚石IV族色心的单缺陷精准定位激活难题，提出结合位点控制离子注入与原位光谱监测飞秒激光退火的两步法，实现单个SnV-中心的位点选择性创建修饰，可推广至其他宽禁带材料色心制备。
2024-09-11 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Time-averaging within the excited state of the nitrogen-vacancy centre in diamond
测量了含氮空位金刚石样品在不同温度下发射强度随磁场方向的变化<111>。在低温下的响应是样品和应力依赖的，并且可以根据先前对应变依赖的3E激发态精细结构的理解来建模。在室温下的响应在很大程度上是样品和应力独立的，和建模涉及调用一个应变独立的激发态与一个单一的零场分裂为1.42 GHz。行为的变化归因于在激发态轨道二重态的组件的温度依赖的平均过程。它使轨道和自旋分裂，并且在高温下自旋能级变得独立于任何轨道分裂。因此，模型可以被调和，低温和高温的参数被证明是一致的。
2009-02-17 cond-mat.mtrl-sci
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
Nitrogen-vacancy centre formation via local femto-second laser annealing of diamond
本研究利用飞秒激光局部退火掺氮金刚石，结合光致发光与光探测磁共振表征脉冲能量、预存缺陷及停留时间的影响，发现激光可主要扩散而非产生空位，为定制NV中心提供新手段。
2025-07-24 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Electron-phonon processes of the silicon-vacancy centre in diamond
研究了金刚石中带负电荷的硅空位（$\mathrm{SiV}^-$）中心的基态和激发态的声子诱导电子动力学。测量了4-350 K温度范围内的光学跃迁线宽、跃迁波长和激发态寿命。利用时间分辨荧光技术测量了它们的基态轨道弛豫速率。建立了$\mathrm{SiV}^-$中心激发态和基态热展宽的微观模型。一个涉及单声子跃迁的振动过程被发现，以确定在低温下的基态和激发态的轨道弛豫率。我们讨论了我们的研究结果在基态量子位态的相干性的影响，并提出了方法来延长相干时间的$\mathrm{SiV}^-$量子位。
2014-11-11 cond-mat.mtrl-sci physics.optics 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
Stimulated emission from NV centres in diamond
受激发射是激光器工作的基本过程，从而产生相干光子输出。尽管自20世纪80年代以来，带负电荷的氮空位（NV $^-$）中心被讨论为潜在的激光介质，但迄今为止还没有明确的观察到NV $^-$系综的受激发射。缺乏证明的原因包括短的激发态寿命和零声子线周围的光对中性电荷态的光电离的发生。在这里，我们展示了从NV $^-$状态的声子边带中使用光的受激发射的理论和实验证据。我们的系统使用532 nm的连续波泵浦激光器和扫过NV $^-$的声子边带的脉冲激励激光器。最佳的受激发射表现在附近的三声子线在700 nm。当激发激光波长从700 nm减小到620 nm时，我们还发现了从受激发射到光电离的转变。虽然在零声子线的激光被电离抑制，我们的研究结果打开了基于NV中心的金刚石激光器的可能性，可调谐的声子边带。这将NV磁力计的应用从单中心纳米级传感器扩展到新一代超精密集成激光传感器，该传感器利用了激光系统的对比度和信号放大。
2016-02-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph
Can Europium Atoms form Luminescent Centres in Diamond: A combined Theoretical-Experimental Study
结合理论和实验研究了Eu掺入金刚石晶格的情况。大尺寸的Eu离子诱导的主晶格上的应变，这是最小的Eu-空位复合物。Eu的氧化态被计算为3+所考虑的所有缺陷模型。相反，缺陷复合物的总电荷为负的-1.5 ~-2.3电子.杂化功能电子能带结构表明Eu缺陷的发光强烈地依赖于缺陷的局部几何结构. 4-配位Eu取代掺杂剂是最有希望呈现典型Eu 3+发光的候选者，而6-配位Eu空位络合物预计不会呈现任何发光行为。用含Eu前驱体处理金刚石膜的初步实验结果表明，Eu可能掺入到滴铸处理的金刚石膜中。PL光谱的变化，在生长等离子体暴露后，主要发光峰从约614 nm移动到611 nm，并且在625 nm处出现肩峰，表明潜在的掺入。用负电性聚合物材料的滴注处理被示出为不需要在等离子体暴露之后观察Eu特征，并且增加了背景发光。
2019-04-23 cond-mat.mtrl-sci
Decoration of growth sector boundaries with single nitrogen vacancy centres in as-grown single crystal HPHT synthetic diamond
通过高压高温（HPHT）合成可以生产大尺寸（> 100 mm $^3$）、相对纯净（II型）和低双折射的单晶金刚石。在这项研究中，我们研究了一个HPHT样品的良好的结晶完整性，含有小于1 ppb（十亿分之一碳原子）的硼杂质原子在{001}生长部门和氮杂质原子只有几十ppb。结果表明，{111}和{113}生长扇区之间的边界是由带负电荷的氮空位中心（NV $^-$）装饰：没有装饰观察到在任何其他类型的生长扇区界面。这种装饰可以用来计算相对{111}和{113}生长率。本体（001）扇区包含低于10 $^{11}$ cm $^{-3}$（10 $^{-3}$ ppb）的发光点缺陷浓度（用488和532 nm波长激发）。我们观察到带负电荷的硅空位（SiV $^-$）缺陷的体{111}扇区随着零声子线发射与镍缺陷在884 nm（1.40 eV）。对于NV $^-$或SiV $^-$缺陷均未观察到择优取向，但镍相关缺陷以其三角轴沿<111>扇形生长方向取向。由于NV $^-$缺陷预期在HPHT金刚石生长温度下容易重新取向，因此对于该缺陷预期没有优先取向，但是没有解释{111}扇区中SiV $^-$的优先取向的缺乏。
2020-02-18 cond-mat.mtrl-sci
Electroluminescence from a diamond device with ion-beam-micromachined buried graphitic electrodes
聚焦兆电子伏离子微束是合适的工具，用于直接写入的导电石墨通道埋在绝缘金刚石块，如在以前的工作与制造的多电极电离辐射探测器和细胞生物传感器。在这项工作中，我们调查的适用性的制造方法的电激发的色心在金刚石。与光致发光不同的是，电致发光需要电流流过金刚石子带隙态以激发色心。为此目的，埋石墨电极的间距为10微米，制作在探测器级的CVD单晶金刚石样品的大部分使用扫描1.8 MeV的He微束。在施加250 V偏置电压时在电极之间的间隙区域中流动的电流被用作用于定位在上述间隙中的不同类型的色心的电致发光的激发泵。使用共聚焦光学显微镜装置在空间上映射明亮的光发射。电致发光的光谱分析揭示了来自中性电荷的氮空位中心（$NV^0$，$λ_{ZPL}$ = 575 nm）以及来自簇晶体位错（A带，λ = 400-500 nm）的发射。此外，检测到来自He相关缺陷的具有吸引人的光谱特征（室温下的尖锐发射，低声子边带）的电致发光信号（$λ_{ZPL}$ = 536.3 nm，$λ_{ZPL}$ = 560.5 nm）;还观察到λ = 740 nm附近的低而宽的峰，并暂时归因于Si-V或GR 1中心。这些结果提出了有趣的未来前景的电刺激单光子发射器在金刚石量子光学和量子密码学的应用。
2014-07-29 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Enhanced widefield quantum sensing with nitrogen-vacancy ensembles using diamond nanopillar arrays
基于金刚石中的光学活性缺陷（如氮空位（NV）中心）的量子传感器代表了用于磁、电、温度和应变场的纳米级传感和成像的有前途的平台。增强对这些缺陷的光学接口是提高这些系统的测量灵敏度的关键。光子纳米结构通常用于单发射区，但它们对具有NV系综的宽场传感的适用性在很大程度上仍未被探索。在这里，我们制造和表征紧密堆积的金刚石纳米柱阵列，每个托管自己的密集，近表面合奏的NV中心。我们探索最佳几何形状的金刚石纳米柱托管NV合奏，并实现增强的自旋和光致发光特性，导致增加测量灵敏度（大于3倍）相比，未图案化的表面。利用增加的测量灵敏度，我们对阵列中每个纳米柱中的机械应力张量进行成像，并显示与未图案化的表面相比，制造过程对内置应力的影响可以忽略不计。我们的研究结果表明，金刚石表面的光子纳米结构是一种可行的策略，用于提高基于集成的宽场传感和成像的灵敏度。
2019-02-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Magnetic properties of nitrogen doped diamond: A first principles study
本文通过第一性原理计算研究氮掺杂金刚石的磁性，发现只有含相邻碳空位的NV中心能产生稳定磁性，且磁矩随NV中心数量线性增大，并揭示其p型半导体特性及自旋电子学应用潜力。
2025-05-07 cond-mat.mtrl-sci
Full stress tensor measurement using colour centres in diamond
应力和应变是决定材料的机械、电子和光学性质的重要因素，它们通过材料的弹性或刚度相互关联。两者都由二阶场张量表示，一般来说，有六个独立的分量。这些量的测量通常通过测量取决于晶格的平移对称性和周期性的性质来实现，例如使用拉曼光谱的光学声子能量，使用阴极发光的电子带隙，通过光学双折射的光弹性，或电子背散射衍射（EBSD）。因此，在测量的最大灵敏度和空间分辨率之间存在倒数关系。此外，在这些技术中，只有EBSD和离轴拉曼光谱允许测量应力张量的所有六个分量，但都不能提供完整的3D图。在这里，我们展示了一种方法，用于测量金刚石中的全应力张量，使用光谱和光学偏振特性的光致发光从个别氮空位（NV）色心。我们证明了10 MPa量级的灵敏度，受样品中局部应力波动的限制，对应的应变约为10^-5，与其他技术提供的最佳灵敏度相当。通过使用色心作为内置的局部传感器，该技术克服了空间分辨率和灵敏度之间的相互关系，并提供了在10 nm量级的空间分辨率下测量小至10^-9的应变的可能性。此外，它提供了一个简单的路线体积应力映射。除了在理解金刚石中的应变分布方面的价值外，这种新的应力和应变测量方法还可以适用于微米或纳米级传感器。
2011-10-17 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Isotopically varying spectral features of silicon vacancy in diamond
金刚石中的硅空位中心（SiV）具有有趣的振动特征。我们证明，零声子线的位置可以用来可靠地识别硅同位素存在于一个单一的中心。这对于量子信息应用是有意义的，因为只有硅29同位素具有核自旋。此外，我们证明，64毫电子伏线是由于本地振动模式的硅原子。一个本地模式的存在表明一个合理的起源的零声子线的同位素位移。
2014-07-26 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Extended T2 times of shallow implanted NV in chemically mechanically polished diamond
该研究证明化学机械抛光（CMP）工艺可在工业可扩展条件下将浅层注入NV色心的自旋寿命提升至13C限制水平，T2中位数达355微秒，优于ICP-RIE处理方法。
2024-05-17 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Coherence of a charge stabilised tin-vacancy spin in diamond
利用固态自旋量子位的量子信息处理（QIP）强烈地依赖于量子位的期望电荷状态的有效初始化。虽然金刚石中带负电荷的锡空位（$\text{SnV}^{-}$）中心由于在液氦温度下的长自旋相干时间和寿命有限的光学跃迁而成为用于实现QIP协议的极好平台，但其有用性受到共振激发下荧光终止的严重限制[1，2，3]。在这里，我们揭示了潜在的第IV族-空位（G4 V）中心的电荷循环，并利用它来展示所需的负电荷状态的单个SnV中心的高效初始化，同时保持长期稳定的光学共振。此外，我们还利用相干布居俘获全光探测了基态自旋的相干性，发现自旋退相时间为5 $μ$ s。此外，我们证明了原理证明Single Shot自旋状态读出，而不需要与缺陷的对称轴对齐的磁场。
2022-05-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph
Sensing electric fields using single diamond spins
在环境条件下灵敏地检测电荷的能力将是一个令人着迷的新工具，使跨学科的广泛研究人员受益。然而，目前大多数技术仅限于低温方法，如单电子晶体管（SET），单电子静电力显微镜和扫描隧道显微镜。在这里，我们开辟了一个新的量子精密测量技术证明精确的电场测量使用一个单一的氮空位缺陷中心（NV）的钻石自旋。交流电场灵敏度达到~ 140 V/cm/ \surd Hz。这对应于由位于距我们的自旋传感器约150 nm的距离处的单个元电荷产生的电场，平均一秒。通过对缺陷中心的电子结构的仔细分析，我们展示了外加磁场如何影响电场传感特性。通过这一点，我们表明，金刚石缺陷中心自旋可以在电场和磁场感测模式之间切换，并确定两种检测器方案的合适参数范围。通过结合磁场和电场灵敏度，纳米级检测和环境操作，我们的研究开辟了从材料科学到生物成像的成像和传感应用的新前沿。
2011-03-17 cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph quant-ph
Enhanced dual-beam excitation photoelectric detection of NV magnetic resonances in diamond
实现金刚石NV中心量子比特技术的核心问题是NV自旋态的灵敏读出。我们最近展示了NV磁共振（PDMR）的光电检测，预计比光学检测（ODMR）更快，更灵敏。在这里，我们报告的PDMR对比度为9%-三倍增强相比，以前的工作-浅N注入金刚石。基于从头算模型，我们提出了一种新的单光子电离双束PDMR方案。我们预测，该方案是显着不太容易受到影响的缺陷，如取代氮。
2016-07-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Diamond quantum thermometry: From foundations to applications
金刚石量子测温法利用了金刚石中颜色缺陷中心的光学和电学自旋特性，并作为一种量子传感方法，表现出高精度和鲁棒性。与现有的发光纳米测温技术相比，金刚石量子温度计可以在很宽的温度范围内工作，传感器空间尺度从纳米到微米不等。此外，金刚石量子温度测量在包括电子学和生物学在内的几个应用中被采用，以利用纳米级温度测量来探索这些领域。本综述涵盖了基于自旋和全光学方法的金刚石量子测温的工作原理，金刚石材料的开发重点是测温，以及基于需求的技术要求在电气和生物系统中的应用实例。
2021-03-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.bio-ph
Impact of surface functionalisation on the quantum coherence of nitrogen vacancy centres in nanodiamond
纳米级量子探针，如金刚石中的氮空位中心，在过去十年中已经表现出显着的传感能力，因为对这些系统的制造和操作的控制已经发展。然而，随着这些纳米级量子探针的尺寸减小，主体材料的表面终止开始作为磁场和电场噪声的来源发挥突出作用。在这项工作中，我们表明，硼烷减少纳米金刚石表面可以平均增加一倍的自旋弛豫时间的纳米金刚石中的单个氮空位中心相比，热氧化的表面。使用红外和X-射线吸收光谱技术的组合，我们相关的量子弛豫速率的变化与sp2碳的金刚石表面上的C-O和C-H键的转换。这些发现暗示双键碳物种作为近表面NV中心的自旋噪声的主要来源，并表明通过定制的表面工程，我们可以提高这些纳米级探针的量子特性和磁灵敏度。
2018-04-23 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Electron configuration of the substitutional nitrogen defect in diamond
有人认为，金刚石中的取代氮与周围的三个碳原子键合，而不是四个。这个缺陷的电子配置是从以前的实验和理论考虑推导出来的。值得注意的是，1344 cm-1谱带是取代氮的特征，与氮的同位素变化无关，但取决于碳的同位素变化。如果氮与周围的四个碳结合，那么已经建立的NV中心应该是不稳定的。另外，单取代氮原子的尺寸明显增大，表明氮原子中存在对电子，并利用简单的力常数模型对所提出的取代氮原子构型进行了验证.用2/3 C-C：1/3 C=C代替C-N的力常数，得到1344 cm-1谱带。
2014-04-09 cond-mat.mtrl-sci
200 keV energy electron irradiation of single crystal diamond: Quantification of vacancy and nitrogen-vacancy production
本文定量研究了200 keV电子辐照单晶金刚石产生的空位深度分布，发现NV中心产生并非氮限制，空位过剩时NV会转化为NV2缺陷。
2025-09-08 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Magnetic field imaging with an optical microscope using a quantum diamond sensor add-on
本文提出一种可加装在标准光学显微镜上的量子金刚石传感器模块，集成NV中心、光源、微波天线和偏置磁体，在保留原有光学模式的同时实现宽场磁成像、快速等磁场成像和三维杂散场成像，降低了独立磁成像系统的成本与空间要求。
2025-02-04 cond-mat.mtrl-sci
On the Road with a Diamond Magnetometer
本文提出一种可在移动平台上工作的便携式矢量金刚石磁力仪，结合反馈控制实现车载磁图绘制，并通过GPS标记磁场数据，与磁通门磁力仪结果一致。
2024-01-31 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.ins-det
Spin-orbit coupling and Jahn-Teller effect in $T_d$ symmetry: an \textit{ab initio} study on the substitutional nickel defect in diamond
本文通过杂化密度泛函理论分析$T_d$对称性下自旋-轨道与Jahn-Teller效应，应用于金刚石替位镍缺陷，计算精细结构与磁光参数，证实2.56和2.51 eV光学中心归属，并揭示光学跃迁及ODMR机制。
2023-09-04 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Synthetic Diamond and Wurtzite Structures Self-Assemble with Isotropic Pair Interactions
使用逆几何力学优化技术，我们发现了各向同性对相互作用势与强烈排斥的核心，导致四面体协调的金刚石和纤锌矿晶格稳定，证明了晶格总和，声子谱，正能量缺陷，和自组装在经典的分子动力学模拟。这些结果挑战了传统的想法，即这种开放的晶格只能通过在自然界中观察到的定向共价相互作用产生。因此，我们的发现增加了对固态性质的基本理解，表明各向同性相互作用使开放晶体结构的自组装具有比以前认为的更广泛的配位数。我们的工作在技术上是重要的，因为它通常与自组装科学，特别是光子晶体制造直接相关。
2007-09-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.soft
Fast qubits of optical frequencies on the rare-earth ions in fluoride crystals and color centers in diamond
提出了一种用于快速（$10^{-9}\rm{s}$）量子计算机（FQC）的掺稀土离子（REI）和金刚石对中心的氟化物晶体。作为REI掺杂的特定系统，我们提出了$Ca_{1-x}Sr_{x}F_{2}$晶体及其类似物。这些离子的具有不同总轨道角动量的$^{4}f$ -态充当二能级系统（量子比特）。还提出了合适的REI。金刚石中的$SiV$和$GeV$对中心是在高温下运行的快速光量子计算机的有前途的系统。
2021-03-23 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Strongly Coupled Diamond Spin Qubits by Molecular Nitrogen Implantation
电离氮分子（$^{15}$ N $_{2}^+$）被用作有效的点源，用于在金刚石中产生具有纳米级空间分离和高达55 kHz磁耦合强度的NV $^-$对。共注入$^{12}$ C $^+$增加了对的产率，并且$^{13}$ C耗尽的金刚石允许获得0.65 ms的相干时间。进一步耦合到第三暗自旋提供了强耦合的三自旋寄存器。这些结果标志着实现多量子位系统和可扩展NV $^-$量子寄存器的重要一步。
2013-11-05 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
