Identification of vacancy defects in a thin film perovskite oxide
利用可变能量正电子湮没寿命测量技术对激光烧蚀SrTiO_3/SrTiO_3薄膜中的空位缺陷进行了研究。锶空位相关的缺陷是占主导地位的正电子陷阱，除了在顶部~ 50 nm，被发现是均匀分布的。表面层表现出更大的开体积缺陷，大空位簇或纳米空隙的湮灭增加。
2009-06-30 cond-mat.mtrl-sci
Identification of Si-vacancy related room temperature qubits in 4H silicon carbide
作为量子比特的点缺陷的微观结构的识别是量子信息处理和传感技术发展的关键步骤。在众多的候选者中，碳化硅（SiC）中的硅空位相关中心由于其特殊的自旋3/2基态和激发态而显示出显著的性质。虽然这些中心在几十年前就被观察到了，但仍然有两种竞争的模型，孤立的带负电荷的硅空位和带负电荷的硅空位与中性碳空位的复合物[Phys. Rev. Lett.\ \textbf{115}，247602（2015）]中所述。通过高精度的第一性原理计算和高分辨率的电子自旋共振测量，我们在这里明确地确定了六角SiC中与Si空位相关的量子比特是孤立的带负电荷的硅空位。此外，我们确定了硅空位量子位配置，提供室温光学读出。
2017-10-13 cond-mat.mtrl-sci
Oxygen-vacancy centers in Y3Al5O12 garnet crystals: electron paramagnetic resonance and dielectric spectroscopy study
用电子顺磁共振（EPR）方法研究了氧缺陷Y3 Al 5 O 12（YAG）晶体中氧空位（VO）处的电子F+心。测量温度为5-450 K，频率为9.4-350 GHz，采用连续波和脉冲EPR技术。采用脉冲电子-核双共振方法研究了囚禁电子与周围原子核的超精细相互作用。测量结果表明，在低温（T < 50 K）下，F ~+心的EPR谱具有各向异性，g因子在1.999-1.988之间，并且根据Al（IV）-VO-Al（VI）链的不同方向，F ~+心在石榴石晶格中的三个磁性不等价位置产生EPR谱，其中Al（IV）和Al（VI）分别为四面体和八面体Al位。随着温度的升高，EPR谱变得各向同性，表明由于相邻氧空位之间的电子运动而引起的各向异性的运动平均。随着温度进一步升高到T > 200 K，我们观察到电子离域进入导带，其激活能约为0.4-0.5 eV，这导致EPR谱线显著变窄，同时其形状从高斯型变为洛伦兹型，这是由于在27 Al和89 Y核处费米接触超精细场减小到零。YAG中的F+中心电子的这种温度行为与半导体中的施主电子的行为完全相似。我们的研究结果进一步支持的电导率和介电性能的测量。特别地，这些数据表明传导电子在晶体中不是均匀分布的：存在由导电性差的电介质层分隔的高导电区域。这导致了所谓的麦克斯韦-瓦格纳介电弛豫，在低频下具有巨大的表观介电常数。
2019-01-09 cond-mat.mtrl-sci
Vacancy-related color centers in twodimensional silicon carbide monolayers
本文通过密度泛函理论计算表征二维碳化硅中碳空位、硅空位及碳反位-空位对缺陷的超精细张量和光学激发态，并提出带负电碳反位-空位可用于近红外单光子发射，中性碳空位可用于可见光波段量子传感。
2023-12-19 cond-mat.mtrl-sci
Identification of nickel-vacancy defect in the photocurrent spectrum of diamond by means of \emph{ab initio} calculations
有一个连续的搜索固态自旋量子比特在室温下工作，激发在红外通信带宽。最近我们引入了磁共振光电探测（PDMR）技术来读取金刚石中氮空位（NV）中心的电子自旋态，这是一种在量子信息技术中有应用前景的技术。通过测量金刚石晶体的光电离谱，发现了两个未见报道的电离阈值。在相同的样品上，我们还观察到吸收和光致发光特征，其在文献中被识别为Ni相关缺陷。我们进行了\emph{ab initio}计算的光电离截面的镍分裂空位复合物（NiV）和N-相关的缺陷在其相关的电荷状态，并拟合这些缺陷的浓度测量的光电流光谱，这导致了一个令人惊讶的实验和计算的光谱之间的匹配。这项研究能够确定两个未知的电离阈值与NiV的两个受体水平。由于NiV的激发是在红外线中，从顺磁性NiV色心检测到的光电流是设计新型电读出量子比特的一种有前途的方法。
2018-04-20 cond-mat.mtrl-sci
Investigation of Near-Surface Defects of Nanodiamonds by High-Frequency EPR and DFT Calculation
纳米金刚石（ND）具有氮空位（NV）中心，是量子传感应用的一个有前途的平台。在ND中使用NV中心的应用的灵敏度通常由于ND表面附近的顺磁性杂质含量的存在而受到限制。在这里，我们调查近表面的顺磁性杂质在ND。使用高频（HF）电子顺磁共振光谱，探测ND壳内的近表面顺磁杂质，其g值测定为2.0028（3）。此外，HF电子-电子双共振检测的核磁共振谱和第一性原理计算表明，近表面杂质的可能结构是带负电荷的空位V-。近表面杂质的识别为提高纳米结构的NV特性和基于NV的传感技术提供了一条有前途的途径。
2019-06-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Anion vacancy driven magnetism in incipient ferroelectric SrTiO3 and KTaO3 nanoparticles
基于我们的分析结果[http：//arxiv.org/abs/1006.3670]，我们预测没有任何磁性离子的初始铁电体的未掺杂纳米颗粒（尺寸<10- 100 nm）甚至在室温下也可以变成铁磁性的，这是由于固有存在自旋S=1的新型磁性缺陷，即氧空位，其中磁性三重态是表面附近（磁性壳层）的基态，而磁性三重态是块体材料（磁性核）中的基态。随机分布的磁自旋（S=1）的考虑表明，初始铁电纳米颗粒的磁性强烈地依赖于尺寸和温度，这是由于它们的介电常数的尺寸和温度依赖性以及与介电常数成比例的有效玻尔半径。考虑了温度-粒子半径坐标系中的相图.特别地，对于小于临界半径的颗粒半径，一旦磁缺陷的浓度超过磁逾渗阈值，铁磁长程序出现在厚度为5 - 50 nm的壳区域中。从平均场论出发，在磁缺陷与热能交换能量相等的条件下，计算了临界半径。对于颗粒半径高于临界值，只有顺磁相是可能的。讨论了窄尺寸分布函数纳米粒子组装中超顺磁态出现的条件。
2010-12-10 cond-mat.mtrl-sci
Strain-driven Charge Localisation and Spin Dynamics of Paramagnetic Defects in S-deficit 2H-MoS2 Nanocrystals
本研究通过EPR实验和DFT计算，揭示了硫缺陷2H-MoS2纳米晶中高自旋Mo3+和Mo2+电荷中心的起源，阐明了应变驱动自旋局域化机制，并发现氧空位具有最长弛豫时间，为量子技术应用提供关键见解。
2023-12-27 cond-mat.mtrl-sci
Theory of the carbon vacancy in $4H$-SiC: crystal field and pseudo Jahn-Teller effects
$4H$ -SiC中的碳空位是一个强有力的少子复合中心，是SiC基器件退化的主要原因。尽管关于缺陷的表征和建模的文献广泛，但许多基本问题仍然存在。其中，我们有不稳定的EPR数据连接到电气测量，伪Jahn-Teller（pJT）效应的物理起源，所观察到的顺磁状态的亚晶格依赖性的推理，和严重的温度依赖性的一些超精细信号，不能占热激活动态平均等效JT扭曲结构之间。在这项工作中，我们解决这些问题，通过半本地和混合密度泛函计算。我们首先列出总共四个空缺结构。反磁态具有明确的低能结构，而顺磁态则显示亚稳态。这种丰富的结构多样性可以追溯到填充的电子状态，这是由晶体场相关的pJT效应。从计算的缺陷旋转和转换机制的最小能量路径，结合计算的形成能和电子水平，我们得到了一个配置坐标图的缺陷。该图为我们提供了一个详细的第一原理图片的缺陷时，受到光学和热激发。计算的受主和施主跃迁分别与Z $_{1/2}$和EH $_{6/7}$陷阱能符合得很好。从计算和测量的$U$值的比较，并与生长的材料中的DLTS峰的相对强度的网站相关的形成能，我们分配Z $_{1}$（EH $_{6}$）和Z $_{2}$（EH $_{7}$）信号的受体（供体）转换的碳空位位于$h$和$k$亚晶格网站，分别。
2017-11-02 cond-mat.mtrl-sci
High-frequency electron paramagnetic resonance investigation of the Fe3+ impurity center in polycrystalline PbTiO3 in its ferroelectric phase
利用高频电子顺磁共振（EPR）谱研究了多晶钛酸铅中的本征Fe（III）杂质中心，以确定局域环境敏感的精细结构参数D.在190 GHz的光谱仪频率下，粉末样品的光谱分析是明确可行的。如果Fe 3+离子在钙钛矿ABO 3晶格的B位取代Ti 4+形成直接配位的铁-氧空位缺陷缔合，则可以合理化观察到的平均值D = +35.28 GHz。多频数据的一致拟合需要使用方差约为1 GHz的D值分布。这种数值的统计分布可能与更远的缺陷和空位有关。
2004-11-08 cond-mat.mtrl-sci
Spin coupling around a carbon atom vacancy in graphene
我们采用周期板上的磁化约束密度泛函理论和有限团簇上的自旋精确、多参考、二阶微扰理论，研究了石墨烯碳原子空位附近的电子结构细节。出现的图像是两个局部磁矩（一个类π磁矩和一个类σ磁矩）与π带解耦并相互耦合。我们发现，基态是一个三重态与平面平衡几何，其中顶端的C原子反对一个五边形环。这种状态的能量比具有一个自旋翻转的开壳层单线态低约0.2 eV，开壳层单线态是一个具有两个等效平衡晶格构型（对于晶格平面上方或下方的顶端C原子）和约0.1 eV高的势垒将它们分开的双电子系统。因此，裸碳原子空位被预测为自旋1顺磁性物质，但如果考虑到与外来物质的结合、波纹、与衬底的耦合或掺杂，则可以容纳自旋半顺磁性。
2013-03-08 cond-mat.mtrl-sci
Long-distance excitation of nitrogen-vacancy centers in diamond via surface spin waves
介尺度上的相干通信是固态自旋量子比特应用于可扩展量子信息处理的必要条件。在研究中的其他路线，一种可能性需要产生静磁表面自旋波（MSSW）偶极耦合到宽带隙半导体中的浅顺磁缺陷。作为在这个方向上的第一步，在这里，我们利用室温MSSW调解从天线的微波场和金刚石中的氮空位（NV）中心的自旋之间的相互作用。我们表明，这种运输跨越的距离超过3毫米，表现出的MSSW的鲁棒性和长扩散长度。使用NV自旋作为本地传感器，我们发现MSSW振幅随所施加的微波功率线性增长，这表明这种方法可以扩展到将来自相邻自旋量子位的信号放大几个数量级。
2017-08-02 cond-mat.mtrl-sci
Characterization of oxygen defects in diamond by means of density functional theory calculations
金刚石中的点缺陷作为实现固态量子比特、生物成像剂或超灵敏的电场或磁场传感器的候选者受到高度关注。各种人造金刚石的合成方法都会在金刚石中引入氧污染，然而，氧进入金刚石晶体以及与氧相关的点缺陷的性质在很大程度上是未知的。氧作为量子比特的来源可能是潜在的令人感兴趣的，或者它可以与其他点缺陷相互作用，这些点缺陷是公认的固态量子比特。在这里，我们采用平面波超原胞计算的密度泛函理论，为了表征各种氧相关的缺陷的电子和磁光性质。除了微不足道的单个间隙和替代氧缺陷，我们还考虑了它们与空位和氢原子的复合物。我们发现，氧缺陷大多是电活性的，并引入高度相关的轨道，构成了密度泛函理论建模的挑战。然而，我们能够在电子顺磁共振谱中识别出替位氧缺陷、氧空位和氧空位氢复合物的指纹。我们证明，第一性原理计算可以预测的运动平均的电子顺磁共振谱的缺陷，受到Jahn-Teller失真。我们发现，高自旋中性氧空位缺陷从其光学激发态表现出非常快的非辐射衰减，这可能会阻碍它作为量子比特的应用。
2016-08-13 cond-mat.mtrl-sci
Electron paramagnetic resonance of the $\mathrm{N_{2}V^{-}}$ defect in $\mathrm{^{15}N}$-doped synthetic diamond
氮是大多数天然和合成金刚石中的主要杂质，并且氮空位型（$\mathrm{N_{n}V}$）缺陷家族在我们理解这些金刚石中的缺陷动力学中是至关重要的。一个显著的差距是在含有显著浓度的电子供体的金刚石中缺乏对$\mathrm{N_{2}V}^{-}$（$\mathrm{N_{2}V}$的主要电荷状态）的阳性鉴定。在本文中，我们使用同位素富集的金刚石来识别与$^{15}\mathrm{N_{2}V}^{-}$相关的EPR谱，并使用导出的自旋哈密顿参数来识别天然同位素丰度样品中的$^{14}\mathrm{N_{2}V}^{-}$。电子波函数的$\mathrm{N_{2}V^{-}}$基态和以前缺乏识别进行了讨论。示出的$\mathrm{N_{2}V}^{-}$ EPR谱强度与H2光吸收在浓度的数量级。
2015-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Ultrahigh nitrogen-vacancy center concentration in diamond
使用电子和中子照射并随后以逐步方式进行热退火，在含有约100 ppm氮的金刚石单晶中产生高浓度的带负电荷的氮空位（$\text{NV}^{-}$）中心。用连续波电子顺磁共振（EPR）测定了各步反应中N原子向$\text{NV}^{-}$中心的转化率，最高可达17.5%.电子辐照后形成的电荷空位所示的EPR谱，但热退火恢复样品的质量作为缺陷信号减弱。我们发现在退火过程中约有25%的空位形成了NVs.大的$\text{NV}^{-}$浓度允许观察取向依赖的自旋弛豫时间，并且还允许使用电子自旋回波（ESE）和电子-核双共振（ENDOR）以高精度确定超精细和四极耦合常数。我们还观察到EPR信号与所谓的W16中心，其光谱特性可能意味着氮二聚体空位中心的起源。
2021-12-10 cond-mat.mtrl-sci
First-principles identification of defect levels in Er-doped GaN
掺铒GAN在光电子领域的应用已经得到了广泛的研究，但其缺陷物理机制仍然没有得到很好的理解。在这项工作中，我们报告的第一性原理混合密度泛函研究的结构，能量学，和热力学跃迁水平的铒相关的缺陷复合物在GAN。我们首次发现Er $_{\rm Ga}$ -C $_{\rm N}$ - $V_{\rm N}$，一种Er、C杂质和N空位的缺陷复合物，和Er $_{\rm Ga}$ -O $_{\rm N}$ - $V_{\rm N}$，一种Er、O杂质和N空位的复合物，分别在导带以下0.18和0.46 eV处形成缺陷能级.连同Er $_{\rm Ga}$ - $V_{\rm N}$，Er和N空位的缺陷复合物，最近发现其产生0.61 eV的施主能级，这些缺陷复合物为实验中观察到的Er相关缺陷能级提供了解释。这些缺陷的发光Er中心的光激发的作用进行了讨论。
2017-10-26 cond-mat.mtrl-sci
The positively charged carbon vacancy defect as a near-infrared emitter in 4H-SiC
本文通过从头计算发现4H-SiC中h位构型的带正电碳空位具有光学活性激发态，零声子线为0.65 eV，提出其可作为IR-B区域的新型顺磁性近红外发射体。
2023-05-27 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Electron nuclear interactions and electronic structure of spin 3/2 color centers in silicon carbide: A high-field pulse EPR and ENDOR study
利用高频脉冲电子顺磁共振（EPR）和电子核双共振（ENDOR）研究了六方4 H-、6 H-和菱形15 R-碳化硅（SiC）多型体中高温自旋3/2取向色心的电子结构。该识别是基于解析的配体超精细相互作用与碳和硅最近的，下一个最近的和更远的邻居和自旋状态的确定。基态和激发态的自旋S = 3/2。从EPR和ENDOR的结果建议的微观模型如下：一个顺磁性的带负电荷的硅空位是非共价键连接到一个非顺磁性的中性碳空位，位于相邻的网站上沿SiC对称的c轴。
2020-07-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Electron paramagnetic resonance and photochromism of $\mathrm{N}_{3}\mathrm{V}^{0}$ in diamond
天然金刚石的$\approx98\%$中存在一种由三个最近邻的氮原子和一个碳原子包围的空位形成的金刚石缺陷$\mathrm{N}_{3}\mathrm{V}$。尽管$\mathrm{N}_{3}\mathrm{V}^{0}$是在金刚石中观察到的最早的电子顺磁共振谱，但由于其复杂性，迄今为止还没有对任意磁场方向的谱进行令人满意的模拟。在这项工作中，$\mathrm{N}_{3}\mathrm{V}^{0}$被确定在$^{15}\mathrm{N}$掺杂的合成金刚石辐照和退火。对$\mathrm{^{15}N}_{3}\mathrm{V}^{0}$自旋哈密顿参数进行了修正，并用于改进$\mathrm{^{14}N}_{3}\mathrm{V}^{0}$的参数，使后者能够精确地模拟和拟合任意磁场方向。在绿光激发下对$\mathrm{^{15}N}_{3}\mathrm{V}^{0}$的研究表明，在$\mathrm{N}_{3}\mathrm{V}$和$\mathrm{N_s}$之间存在电荷转移。有人认为，这种电荷转移是促进直接电离的$\mathrm{N}_{3}\mathrm{V}^{-}$，一个尚未观察到的电荷状态的$\mathrm{N}_{3}\mathrm{V}$。
2017-02-09 cond-mat.mtrl-sci
Towards $\textit{ab initio}$ identification of paramagnetic substitutional carbon defects in hexagonal boron nitride acting as quantum bits
讨论了六方氮化硼（hBN）中的顺磁替位碳（C $_\text{B}$，C $_\text{N}$）缺陷作为量子比特的候选者。它们的识别和适用性接近通过光致发光（PL），电荷跃迁，电子顺磁共振，光检测磁共振（ODMR）光谱。通过高效的平面波周期性超原胞\textit{ab initio}密度泛函理论方法揭示了其中几个明显的趋势。特别是，这产生了对C $_\text{B}$和C $_\text{N}$之间的分离的作用的洞察。在大多数情况下，中性和单电荷的基态的缺陷之间的电荷跃迁被预测为实验上可访问的，因为电荷跃迁能级（CTL）的位置位于带隙内。还讨论了\textit{A posteriori}的电荷修正。通过与最近观察到的PL和ODMR光谱的比较，发现了实验孤立的单自旋中心作为中性C $_\text{B}$点缺陷的近似识别。
2021-07-21 cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph quant-ph
Theory of shallow and deep boron defects in 4H-SiC
摘要尽管在提高$p$型4 H-SiC衬底和层的质量方面取得了进展，但我们仍然没有能够解释文献中大量与硼相关的光学、结和顺磁共振实验的模型。一个突出的难题是观察到两个浅的硼缺陷，而不同的轴向取向所发现的电子顺磁共振（EPR）和电子核双共振（ENDOR）数据。在掺杂有其他III族元素的材料中没有观察到该特征。另一个悬而未决的问题涉及相互矛盾的结论，从光致发光和EPR研究更深的硼中心，这已被链接到相当不同的模型，无论是基于替代或空位相关的硼缺陷。我们解开这些和其他问题的第一性原理计算，其中的温度依赖的稳定性，电子活动，和顺磁响应的硼缺陷在4 H-SiC的调查。
2023-01-05 cond-mat.mtrl-sci
Optical Detection of Paramagnetic Defects in a CVD-grown Diamond
化学气相沉积（CVD）生长的金刚石中的氮空位中心（NV中心）的电子自旋形成磁场和温度的理想探针，以及用于量子信息处理的有前途的量子位。因此，研究和控制这种高纯度晶体中NV中心的磁环境对于这些应用是必不可少的。我们演示了光学检测的顺磁性物质，如氢相关的复合物，在CVD生长的金刚石。通过采用沿[100]晶向的磁场扫描，NV中心的极化电子自旋到这些物质的电子自旋的共振转移在NV光致发光中产生显著的特征。我们的研究结果提供了更详细的CVD生长过程的研究，以及为相干控制的超极化顺磁性物种的新型类的自旋的前景。
2020-12-10 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Optical Spin Initialization of Nitrogen Vacancy Centers in a 28Si-Enriched 6H-SiC Crystal for Quantum Technologies
本研究通过脉冲电子顺磁共振在28Si富集6H-SiC中鉴定三种NV-中心，利用其长弛豫时间和窄吸收线实现光学自旋初始化与量子操控。
2024-07-18 cond-mat.mtrl-sci
Isotopic identification of engineered nitrogen-vacancy spin qubits in ultrapure diamond
氮杂质有助于稳定金刚石中NV $^-$的负电荷状态，而来自氮自旋的磁波动导致NV $^-$量子位的退相干。目前还不知道什么样的供体浓度可以优化这些相互冲突的要求。在这里，我们使用10-MeV的$^{15}$ N $^{3+}$离子注入在超纯金刚石中产生NV $^-$。光学检测的单中心磁共振显示从$^{15}$ N $^{3+}$离子产生$40\pm3$ %的高产率和从$^{14}$ N杂质产生$56\pm3$ %的额外产率。高温退火用于减少残余缺陷，并且即使在0.06 ppb的稀$^{14}$ N杂质浓度中也产生电荷稳定的NV $^-$，具有长相干时间。
2014-09-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Electronic structure and magneto-optical properties of silicon-nitrogen-vacancy complexes in diamond
金刚石中的硅空位（SiV）和氮空位（NV）中心通常被认为是固态量子信息处理的原型缺陷。在这里，我们表明，当硅和氮同时引入到金刚石晶格中，这些缺陷可以强烈地相互作用，形成更大的复合物。氮原子与Si和SiV中心强烈结合，可以形成络合物。使用混合密度泛函理论（DFT）和群论的组合，我们分析了电子结构，并提供了各种有用的物理性质，如超精细结构，准本地振动模式，零声子线，使这些配合物的实验鉴定。我们表明，氮附近的替代硅的存在下显着的施主能级向导带的位移，导致在SiN中心的活化能，这是可比的磷。我们还发现，中性的SiNV中心是特别感兴趣的，由于其光子发射在$\sim$ 1530 nm，这属于电信波长的C波段内，其顺磁性质。此外，与SiNV $^0$色心相关的光学跃迁表现出非常小的电子-声子耦合（Huang-Rhys因子~=~0.78），导致单光子发射的高量子效率（Debye-Waller因子= 46\%）。这些特征使得这个新中心对于可扩展量子电信网络的潜在应用非常有吸引力。
2020-06-21 cond-mat.mtrl-sci
Electron and hole trapping in the Ce3+ and Pr3+ doped lutetium pyrosilicate scintillator crystals studied by electron paramagnetic resonance
用电子顺磁共振（EPR）方法研究了掺Ce~（3+）和Pr~（3+）的Lu_2Si_2O_7闪烁晶体（LPS：Ce和LPS：Pr）中电子和空穴的俘获。详细的EPR测量的X射线照射的LPS晶体显示，通过照射产生的空穴主要被捕获在氧晶格离子产生的O-中心。相同的X射线照射也产生归因于Lu 2+离子的电子型中心，其中Lu晶格离子处的俘获电子通过附近的缺陷（诸如氧空位和Ir3+杂质离子）而稳定。空穴中心和电子中心都可以看作是一个束缚的小极化子，这使得闪烁机制中的电荷俘获具有很强的竞争性。空穴O-和电子Lu2+中心在室温以上表现出很好的热稳定性。其浓度的热衰减与470 - 550 K热释光发光峰的出现有很好的相关性。在Ce和Pr掺杂的LPS晶体中存在相同的本征陷阱表明，这些晶体的光产额的差异是LPS晶格中Ce 3+和Pr 3+激活中心的本征性质。电荷陷阱起源在这个焦硅酸盐结构和它们在闪烁机制中的作用进行了比较，与文献中先前描述的结果在正硅酸盐。
2020-01-18 cond-mat.mtrl-sci
The Anomalous Formation of Irradiation Induced Nitrogen-Vacancy Centers in 5-Nanometer-Sized Detonation Nanodiamonds
含负电荷氮空位（NV $^-$）中心的纳米金刚石是一种多用途的室温量子传感器，在日益增长的研究领域中。然而，关于非常小的颗粒中NV形成机制的知识仍然有限。这项研究的重点是形成最小的NV $^-$ -含有金刚石，5纳米爆轰纳米金刚石（DND）。作为量化纳米金刚石中NV $^-$中心的可靠方法，记录电子顺磁共振（EPR）光谱中的半场信号。通过将NV $^-$浓度与来自高压高温（HPHT）合成（10 - 100 nm）的一系列纳米金刚石进行比较，表明5 nm DND中的形成过程在几个方面是独特的。DND中的NV $^-$中心在电子照射阶段已经形成，而不需要高温退火。解释的效果是在“自退火”，其中的大小和类型相关的影响，使空位迁移接近室温。尽管我们的实验表明NV $^-$浓度通常随颗粒尺寸而增加，但值得注意的是，5 nm DND中的NV $^-$浓度超过20 nm尺寸的纳米金刚石。使用蒙特卡罗模拟，我们表明，十倍更高的替代氮浓度的DND补偿空位损失引起的相对较大的颗粒表面。在$1.5 \times 10 ^{19}$ e $^-$ /cm $^2$的能量密度下进行电子辐照后，DND显示NV $^-$浓度增加12.5倍，没有饱和迹象。这些发现对于在NV纳米金刚石之外的其他非常小的半导体纳米颗粒中产生缺陷作为量子传感器可能是有意义的。
2021-12-12 cond-mat.mtrl-sci
Computational Study of Electron Paramagnetic Resonance Spectra for Li and Ga Vacancies in LiGaO2
计算研究了LiGaO $_2$中Li和Ga空位的电子顺磁共振（EPR）$g$ -张量和超精细张量.密度泛函理论（DFT）计算进行的Ga和Li空位使用DFT+U的方法中的电荷状态进行未配对的自旋。在两个空位中，空穴都位于与空位相邻的一个氧$p$轨道上。顶部和不同的基面O被认为是。缺陷的磁共振参数是使用包括投影仪增强波（GIPAW）方法的量规确定的。$V_\mathrm{Ga}^{2-}$的EPR谱的特征在于与一个Ga核的准各向同性超精细（SHF）相互作用，并且对于顶端O自旋给出了$g$ -张量，其最大值沿着从O到其另一Ga邻居的键方向取向。对于$V_\mathrm{Li}^0$，存在与两个Ga核的准各向同性SHF相互作用，并且对于基面O自旋，$g$ -张量最大值沿着${\bf c}$。这两个都是在协议与实验，但我们也预测的$g$张量的其他可能的本地化的自旋以及小超精细分裂（尚未观察到）的Li。相应缺陷的形成和过渡能级的能量提供了激活这些EPR谱所需的条件的洞察。
2019-11-08 cond-mat.mtrl-sci
Exhaustive characterization of modified Si vacancies in 4H-SiC
碳化硅中的带负电荷的硅空位（$\mathrm{V_{Si}^-}$）是量子应用中被充分研究的点缺陷。与此同时，对系综光致发光和电子顺磁共振测量的仔细检查揭示了丰富的相关但迄今尚未识别的信号。在这项研究中，我们寻找4 H-SiC中的缺陷，解释了自动缺陷分析和鉴定（ADAQ）工作流程生成的缺陷数据库中的上述磁光信号。这项研究只揭示了一类在数据中表现出类似硅空位性质的原子结构：在距离硅空位亚纳米距离内的碳反位（$\mathrm{C_{Si}}$）仅轻微改变后者，而不影响电荷或自旋状态。这样的微扰在能量上是有界的。我们认为形成的$\mathrm{V_{Si}^-+C_{Si}}$到2 nm的距离，并报告其零声子线和零场分裂值。此外，我们在硅空位区进行高解析度的光致发光实验，发现大量的发光线。比较我们的计算和实验结果，几个配置显示出很大的一致性。我们的工作证明了在量子应用中搜索缺陷的高吞吐量结果数据库的有效性。
2022-10-19 cond-mat.mtrl-sci
Paramagnetic structure for the soliton of the $30^\circ$ partial dislocation in silicon
基于从头计算，我们提出了硅中30 $^\circ$部分位错的基本激发的新结构。这种孤子具有一种罕见的结构，在位错核附近有一个五配位原子。这种缺陷的独特的电子结构是一致的，迄今为止神秘的热稳定R中心的塑性变形硅的电子自旋共振签名。这一发现表明，实验测定孤子密度的可能性，这是理解材料塑性流动的一个关键缺陷。
1998-05-25 cond-mat.mtrl-sci
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
Bistable carbon-vacancy defects in $h$-BN
六方氮化硼的单光子发射体是近年来研究的热点。尽管发射体的明确识别仍在紧张的研究中，但碳相关缺陷被认为对产生$1.6$至$2.2$ ~eV范围内的零声子线的发射体起着至关重要的作用。在本研究中，我们利用密度泛函理论计算系统地研究了两种碳空位缺陷的组态，VNCB和CNVB。我们计算了从一个缺陷到另一个缺陷的反应势垒能，以确定相对稳定性。发现势垒能与电荷有关，CNVB在中性和正电荷状态下容易转变为VNCB，而在负电荷状态下稳定。形成能计算表明，VNCB是CNVB的主要缺陷。然而，VNCB和CNVB都没有合适的荧光光谱，可以重现所观察到的。我们的研究结果表明，起源的$1.6$ -到- $2.2$ -eV的发射体应该是其他碳相关的配置。
2022-09-15 cond-mat.mtrl-sci
Defect related photoluminescence and EPR study of sintered polycrystalline ZnO
本文报道了ZnO多晶材料的低温光致发光和电子顺磁共振研究。由于激子-激子散射，施主束缚激子跃迁（D1 XA）和FXAn=1- 1 LO的峰位随泵浦强度的变化分别出现红移和蓝移。EPR谱在g值分别为1.985，1.956和1.939处有三个峰，g=1.956和g=1.985分别是由于浅施主Zn间隙和氧空位引起的。100 K下的EPR谱显示了由于晶场和顺磁中心的不均匀弛豫引起的较高程度的非对称性和超精细分裂。利用各种激子发光峰位讨论了样品中晶场分裂（CFS）和自旋轨道耦合（SOC）的强度。而在热猝灭过程中，顺磁中心的不均匀弛豫则由它们的激活能来讨论。
2012-02-28 cond-mat.mtrl-sci
STEM image analysis based on deep learning: identification of vacancy defects and polymorphs of ${MoS_2}$
Yonsei University（延世大学）；Institute for Basic Science (IBS)（基础科学研究院）；Seoul National University（首尔国立大学）；University of Ulsan（蔚山大学）
扫描透射电子显微镜（STEM）是对各种材料进行原子分辨率结构分析的不可或缺的工具。STEM图像的传统分析是一个广泛的动手过程，这限制了高通量数据的有效处理。在这里，我们应用全卷积网络（FCN）识别二维晶体的重要结构特征。ResUNet是一种FCN，用于从原子分辨率STEM图像中识别${MoS_2}$的硫空位和多晶型物类型。有效的模型是基于在存在不同水平的噪声、像差和碳污染的情况下使用模拟图像进行训练来实现的。FCN模型对大量实验STEM图像的准确性与仔细的动手分析相当。我们的工作为训练用于STEM图像分析的深度学习模型提供了最佳实践指南，并展示了FCN在高效处理大量STEM数据方面的应用。
2022-06-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cs.CV
Geometric Percolation Threshold Defines Half-Metallic Window in Vacancy-Doped Titanium disulfides
SRM Institute of Science and Technology（SRM理工学院）
通过几何渗流机制揭示 vacancy-doped Titanium disulfides 中半金属性的形成条件，确定了半金属操作的狭窄功能窗口。
2026-05-03 cond-mat.mtrl-sci
Investigation of oxygen-vacancy complexes in diamond by means of \textit{ab initio} calculations
本文通过第一性原理密度泛函理论计算系统研究了金刚石中的氧-空位复合物，发现其高自旋基态排除了作为ST1色心起源的可能性，并表征了一种高自旋亚稳态复合物的磁光性质以供未来实验识别。
2023-04-27 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Low-field microwave-free sensors using dipolar spin relaxation of quartet spin states in silicon carbide
该研究针对碳化硅硅空位量子比特弛豫动力学未被充分探明的问题，通过理论研究其四重自旋态的偶极弛豫机制，量化了弛豫时间$T_1$的影响因素，证明其可用于构建低场无微波量子传感器，为医学生物传感提供新方向。
2022-01-25 cond-mat.mtrl-sci
Many body effects in the excitation spectrum of a defect in SiC
我们表明，电子相关性控制的准粒子能带结构和激子效应的重整化在SiC中的缺陷的物理。我们考虑碳空位，这是一个很好的识别缺陷，有两个可能的激发通道，涉及导电和价带状态。修正的Kohn-Sham电离水平被发现强烈依赖于占领的缺陷状态。激子效应引入0.23 eV的红移。该分析明确地重新分配了光诱导顺磁共振测量中阈值处的激发机制[J. Dashdorj \emph{et al.}，J. Appl. Phys. \textbf{104}，113707（2008）]。
2010-03-20 cond-mat.mtrl-sci
Analysis of electron-positron momentum spectra of metallic alloys as supported by first-principles calculations
通过符合多普勒展宽方法测量的电子-正电子动量分布可用于湮灭环境的化学分析，通常是固体中的空位-杂质复合物。在目前的工作中，我们研究定量分析的可能性，即，用于区分缺陷周围不同原子种类的平均数。用第一性原理电子结构计算方法自洽地确定了Al-Cu、Al-Mg-Cu和Al-Mg-Cu-Ag合金中空位-溶质络合物的电子和正电子密度以及离子位置。随后的模拟符合多普勒展宽谱与测量的缺陷识别进行了比较。线性拟合程序，它使用纯组分金属中的空位处捕获的正电子的光谱作为组分，先前已被用于找到空位周围不同原子种类的相对百分比[A. Somoza等人，Phys.Rev.B65，094107（2002）]。我们测试的可靠性的程序的帮助下，第一性原理的结果，空位溶质络合物和空位组成的金属。
2007-02-15 cond-mat.mtrl-sci
Proton Irradiation Induced Defects in \b{eta}-Ga2O3: a combined EPR and Theory Study
质子辐照的n型和半绝缘体样品的\b{eta} -Ga 2 O 3导致形成一个顺磁缺陷，自旋S=1/2，单斜点对称，g张量的主值为gb=2.0313，gc=2.0079，ga*= 2.0025和准各向同性超超精细相互作用的13 G与两个等效的Ga近邻。它的高引入率表明它是一种主要的辐照诱发缺陷。在低温下，光激发将该缺陷转化为不同的亚稳S=1/2中心，其主要g值为gb=2.0064，gc=2.0464，ga*= 2.0024，并且减少了9 G的超精细相互作用。这种亚稳态缺陷在T= 100 K时是稳定的，当它切换回先前的配置时。用密度泛函理论计算了各种本征缺陷的自旋哈密顿参数，并采用包括投影子的规范增强波方法确定了这些缺陷的微观结构，结果不支持孤立的八面体或四面体镓空位VGa 2-的直观模型，而支持镓空位复合物VGa-Gai-VGa的模型.
2018-11-13 cond-mat.mtrl-sci
The role of N defects in paramagnetic CrN at finite temperatures from first-principles
高温下顺磁性材料中缺陷的模拟是对固体理论的一个巨大挑战，因为磁性无序、振动和结构弛豫的相互作用。CrN是这样一种材料，其中这些效应由于强磁晶格耦合和偏离标称1：1化学计量的趋势而特别大。在这项工作中，我们提出了第一性原理研究在CrN中的氮空位和氮杂原子在高温下。我们报告的形成能量学，几何形状的金属氮二聚体，和电子结构的影响所造成的缺陷。发现空位形成能为2.28 eV，温度对空位形成能的影响很小; N间隙原子以$\big<111\big>$定向分裂键的形式形成能为3.77 eV，在1000 K时增加到3.97 eV。空位被发现添加三个电子，而分裂键间隙添加一个电子的导带。无缺陷的CrN的带隙由于振动而模糊，尽管很难从我们的计算中得出关于带隙关闭的确切温度的结论。然而，很明显，在900 K时，费米能级上的电子态密度不为零。在300 K，我们的结果表明，一个边界的情况下，带隙即将关闭。
2014-10-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Proof of the thermodynamical stability of the E' center in SiO2
E'心是SiO2中典型的辐射诱导缺陷，其特有的EPR和超精细活性已经被发现40多年了。这个中心传统上被认为是畸变的带正电荷的氧空位V_O+。然而，从来没有提供过这种缺陷的稳定性的直接证据，因此它的识别仍然是非常不完整的。本文直接证明了畸变V_O ~+是亚稳态的，并且它满足确定其为E '的关键条件，如热响应、光响应和激活-失活机制。
2000-09-29 cond-mat.mtrl-sci
Spin qubit based on the nitrogen-vacancy center analog in a diamond-like compound C3BN
金刚石中的氮空位（NV）中心在新兴的量子技术中起着重要作用。目前可用的制造NV中心的方法通常涉及复杂的工艺，例如N注入。相反，在类金刚石化合物C3 BN中，产生硼（B）空位立即导致NV中心类似物。我们使用强约束和适当赋范（SCAN）半局域密度泛函-这个功能导致几乎相同的零声子线（ZPL）的能量作为实验，并从更耗时的混合密度泛函计算获得-探索这种NV中心模拟作为一种新型的自旋量子比特的潜力在量子信息处理中的应用。我们发现，在C3 BN中的NV中心类似物具有许多类似于金刚石中的NV中心的性质，包括宽的带隙，弱的自旋-轨道耦合，一个能量稳定的负电荷状态，一个高度局域化的自旋密度，一个顺磁三重态基态，和强的超精细相互作用，这些性质使金刚石中的NV中心脱颖而出，作为一个合适的量子位（qubit）。我们预测C3 BN中的NV中心模拟物表现出两个ZPL能量，对应于接近量子通信理想电信波段的较长波长。这里研究的C3 BN仅代表A3 XY（A：IV族元素; X/Y：III/V族元素）化合物的一个实例。我们期望这个家族的许多其他化合物具有类似的NV中心类似物，具有广泛的ZPL能量和功能特性，有望成为量子技术应用的量子比特的新宿主。此外，A3 XY化合物通常含有IV族元素，如硅和锗，因此它们与复杂的半导体加工技术兼容。我们的工作为可扩展的量子位主体材料和新型量子器件提供了充足的机会。
2020-06-27 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Detecting nitrogen-vacancy-hydrogen centers on the nanoscale using nitrogen-vacancy centers in diamond
本文利用金刚石薄层中的 NV 中心作为纳米传感器，结合 DEER 技术实现对 NVH⁻ 中心的纳米尺度探测与定量，从而为高 NV 浓度金刚石的 CVD 生长优化提供快速反馈方法。
2023-11-30 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Point defects in SiC as a promising basis for single-defect, single-photon spectroscopy with room temperature controllable quantum states
金刚石中氮空位（NV）中心的独特量子特性促使人们努力寻找碳化硅（SiC）中具有类似特性的缺陷，这可以扩展金刚石无法获得的此类系统的功能。电子顺磁共振（EPR）和光检测磁共振（ODMR）研究表明，SiC中与硅空位（VSi）有关的点缺陷具有与金刚石中NV中心类似的性质，这使它们成为红外区单缺陷和单光子光谱的一个有前途的量子体系。根据缺陷类型，温度，SiC多型体，和结晶位置，两个相反的计划已被观察到的基态自旋子级人口的VSI相关的缺陷与非偏振光照射后的光学对准。自旋系综的VSI相关的缺陷被证明是准备在一个相干叠加的自旋状态，即使在室温下。零场ODMR显示了通过施加射频场来操纵基态自旋布居的可能性。这些共同使得SiC中与VSi相关的缺陷成为自旋电子学、量子信息处理和磁力测量的非常有利的候选者。
2013-01-09 cond-mat.mtrl-sci
Introduction of spin centers in single crystals of Ba$_2$CaWO$_{6-δ}$
发展量子信息科学（QIS）领域取决于设计可行的量子比特，量子计算中的最小单位。创建量子位的一种方法是将顺磁缺陷引入半导体或绝缘体中。这类量子比特已经以金刚石中的氮空位中心、SiC中的双空位缺陷和Si中掺杂的P的形式取得了成功。这些材料在低核自旋环境中具有顺磁缺陷，以减少核自旋对电子自旋相干性的影响。在这项工作中，我们报告的Ba $_2$ CaWO $_{6-δ}$的单晶生长，和可控引入的W $^{5+}$自旋中心产生的氧空位的相干特性。Ba $_2$ CaWO $_{6-δ}$（$δ$ = 0）是具有温度依赖性八面体倾斜的B位有序双钙钛矿，其中氧空位产生W $^{5+}$（d $^1$），$S = \frac{1}{2}, I$ = 0中心。我们通过测量T = 5 ~ 150 K的自旋-晶格（$T_1$）和自旋-自旋弛豫（$T_2$）时间来表征这些缺陷。在T = 5 K时，$T_1$ = 310 ms和$T_2$ = 4 $μ$，建立这些量子位候选者的生存能力。随着温度的升高，$T_2$在T = 60 K时保持恒定，然后在T = 90 K时降低到$T_2$ $\approx$ 1 $μ$ s，并且在T = 150 K之前保持大致恒定，这表明$T_2$随温度升高具有显著的稳定性。总之，这些结果表明，双钙钛矿结构中的受控缺陷产生可以为量子应用产生可行的顺磁点中心，并扩大QIS潜在材料的…
2020-01-01 cond-mat.mtrl-sci
Temperature dependence of the AB-lines and Optical Properties of the Carbon-Antisite Vacancy Pair in 4H-SiC
该研究测量了4H-SiC中AB线的温度依赖性，计算了碳反位-空位对（CAV）的光学性质，发现CAV可产生近红外通信波段零声子发光，但实验与计算结果均对AB线的CAV归属提出质疑，需进一步研究。
2024-08-13 cond-mat.mtrl-sci
The identification of the dominant donors in low temperature grown InPBi materials
结合磁输运测量和第一性原理计算，我们系统地研究了Bi掺杂对0<x<2.41%的非掺杂InP 1-xBix外延层电学性质的影响。霍尔棒测量揭示了一个占主导地位的n型导电性的InPBi样品。电子浓度随着x的增加先降低，然后随着Bi组分的增加而增加，而电子迁移率则与电子浓度成反比。第一性原理计算表明，这两个磷反位和空位缺陷是占主导地位的施主负责高电子浓度。随着Bi组分x的增加，它们的缺陷浓度表现出不同的行为，导致InPBi合金中电子浓度与Bi组分之间存在非线性关系。
2016-03-30 cond-mat.mtrl-sci
Role of Defects in the Paramagnetism of Fe-doped Cs$_{2}$AgBiBr$_{6}$ Double Perovskite
Julius-Maximilian University of Würzburg（维尔茨堡大学）；Institute for Scintillation Materials, National Academy of Sciences of Ukraine（乌克兰国家科学院闪烁材料研究所）；Paderborn University（帕德博恩大学）；Universidade Estadual de Campinas-UNICAMP（坎皮纳斯州立大学）
铁掺杂Cs₂AgBiBr₆双钙钛矿中，Fe³+相关中心通过电子态调控光学和磁性性质，揭示其为稳定的取向敏感自旋探针。
2026-01-21 cond-mat.mtrl-sci
$^{13}$C Hyperpolarization with Nitrogen-Vacancy Centers in Micro- and Nanodiamonds for Sensitive Magnetic Resonance Applications
本文利用光泵浦NV中心、表面处理、微光子照明及改进的PulsePol序列，在室温和0.29 T下实现微米/纳米金刚石$^{13}$C超极化，NMR信号分别增强1500和940倍。
2024-03-24 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Room temperature relaxometry of single nitrogen-vacancy centers in proximity to $α$-RuCl$_3$ nanoflakes
本研究利用单个氮-空位（NV）中心的纵向弛豫时间$T_1$在室温下探测$α$-RuCl$_3$纳米薄片的自旋动力学，发现$T_1$因顺磁自旋噪声而显著减少且随外加磁场线性增加，为研究2D材料性质提供了新方法。
2023-12-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Position-controlled functionalization of vacancies in silicon by single-ion implanted germanium atoms
半导体中的特殊点缺陷被认为是量子信息技术的合适组成部分。在硅中发现新的、易于激活和控制的深中心是该领域研究的主要目标。空位相关复合物适合于提供深电子能级，但它们很难在空间上控制。为了研究在可控位置具有有意空位相关缺陷的固态器件，本文报道了通过单离子注入Ge原子，产生Ge-空位（GeV）复合物来功能化硅空位。我们研究了硅基晶体管中GeV复合物阵列的量子输运。通过利用一个模型的基础上的扩展哈伯德哈密顿量来自从头算结果，我们发现异常的激活能值的热激活电导的准局域化和离域多体状态，相比传统的掺杂剂。我们确定这样的状态，形成上哈伯德带，负责实验的跨晶体管的亚阈值运输。我们的模型与单离子注入方法相结合，使未来的研究工程的GeV复合物对创造空间可控的个人缺陷在硅中的应用在量子信息技术。
2021-02-04 cond-mat.mtrl-sci
Characterization and formation of NV centers in 3C, 4H and 6H SiC: an \emph{ab initio} study
近年来，固体中的荧光顺磁缺陷已成为量子信息处理的一个有吸引力的系统。主要的竞争者之一是具有可见光发射的金刚石中的带负电荷的氮空位缺陷，但在技术成熟的宿主中的替代解决方案是该领域许多应用的直接追求。最近已经发现，作为具有晶片级技术的标准半导体的碳化硅（SiC）的各种多型体可以承载氮空位缺陷（NV），其可以是具有近红外区域中的发射的替代量子位候选者。然而，人们对这种缺陷的了解比钻石中的缺陷少得多。多型体内的不等价位点和多型体变体提供NV缺陷家族。然而，有一个不足的知识，这些配置的磁光特性。在这里，我们进行密度泛函理论计算，以表征的NV缺陷的许多形式在最常见的多型体的SiC，包括3C，4H和6H，我们也提供了新的实验数据在4H SiC。我们的计算介导的SiC多型体中的单个NV量子位的识别。此外，我们还讨论了SiC中NV缺陷的形成过程，给出了SiC中NV缺陷的详细电离能，揭示了SiC中NV缺陷电离的临界光学激发能。我们的计算揭示了用理想的纺丝浴在SiC中产生NV缺陷的挑战。
2017-08-11 cond-mat.mtrl-sci
Exploring the Properties of the V_B^- Defect in hBN: Optical Spin Polarization, Rabi Oscillations, and Coherent Nuclei Modulation
该研究通过高频EPR光谱表征hBN中V_B^-缺陷，测得光泵浦自旋极化度38.4%，拉比振荡持续30-40微秒，并利用ESEEM检测远程核信号，确定了14N的四极耦合常数，为理解硼空位自旋性质提供了关键数据。
2023-05-13 cond-mat.mtrl-sci
