Optically Switched Phonon Superradiance of Surface Acoustic Wave in Diamond
Tongji University（同济大学）
通过光学驱动氮空位中心能级跃迁增强自旋-声子耦合，在弱耦合区域触发表面声波声子超辐射相变，实现可调控的固态量子器件。
2026-06-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optically Coherent Nitrogen-Vacancy Centers in HPHT Treated Diamonds
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
Optically Induced Polarization and Depolarization of an Electron Spin in a Nitrogen-Vacancy Center of Diamond Nano-crystals
脉冲激光激发使金刚石中氮空位中心的发光随脉冲能量的增加而意外地减弱。在带负电荷和中性的中心都观察到这种减少，并且是由两种类型的中心的发光寿命缩短引起的。在黑暗中，发光在10微秒的时间尺度上没有显示出任何恢复，但只要三个低强度脉冲就可以使发光恢复到先前的更亮状态。外部磁场可降低效应的幅度。这些现象的基础上的光学极化和电子自旋的去极化的一种可能的机制。
2011-08-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optically Detected Cross-Relaxation Spectroscopy of Electron Spins in Diamond
磁共振（MR）光谱学在逐渐变小的长度尺度上的应用最终可能允许在材料和生物复合物的表面对自旋进行“化学成像”。特别地，金刚石中的带负电荷的氮空位（NV-）中心已被利用作为用于纳米级核磁共振的光学换能器。然而，检测到的自旋的光谱通常通过它们与邻近的顺磁NV-中心通过相干和非相干机制的相互作用而加宽。在这里，我们展示了一种检测技术，可以解决电子自旋耦合到NV-中心，即取代氮（NS）和中性氮空位（NV 0）中心的金刚石，通过光学检测交叉弛豫光谱。这些自旋的超精细光谱是一个独特的化学标识符，这表明，结合最近的结果，在钻石窝藏浅NV-植入物的可能性，可以类似地检测到的钻石外部的自旋的光谱。
2013-12-21 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Room-Temperature in situ Nuclear Spin Hyperpolarization from Optically-Pumped Nitrogen Vacancy Centers in Diamond
我们报告了通过高场核磁共振（NMR）观察到的13 C核自旋的体，室温超极化。超极化是通过光泵浦金刚石中的氮空位缺陷中心并伴随动态核极化来实现的。该技术利用室温下NV中心的大的光致自旋极化，其比热平衡极化大许多数量级，并且通常仅在亚开尔文温度下可实现。自旋极化到13 C核自旋的转移是通过OP和微波辐射的组合来完成的。OP/DNP在420 mT下进行，其中NMR的感应检测是可行的，与通常在100 mT和50 mT下利用的水平反交叉机制相反。在这里，我们报告了6%的体核自旋极化。这种极化是在原位产生的，并检测到一个标准的，感应NMR探针，而不需要样品穿梭或精确的晶体取向。通过OP/DNP的超极化应该在任意磁场下操作，使得能够在环境条件下对固体和液体的NMR进行数量级的灵敏度增强。
2015-01-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optically coherent nitrogen-vacancy centers in μm-thin etched diamond membranes
含有光学相干氮空位（NV）中心的金刚石膜器件是实现新型低温实验的关键，例如混合自旋-机械系统的光学基态冷却和量子网络中的有效纠缠分布。在这里，我们报告的（3.4 $\pm$ 0.2）μm薄，光滑（表面粗糙度r $_q$ < 0.4 nm的面积为20 μm的30 μm的金刚石膜包含单独可分辨的，窄线宽（< 100 MHz）NV中心的制造。我们通过高能电子辐照，高温退火，和优化的蚀刻序列的组合，发现通过系统的研究，在不同的蚀刻化学品的微观水平上的金刚石表面的演变，制造这个样品。虽然我们的特定设备尺寸优化了开放的可调微腔中遥远的NV中心之间的腔增强纠缠产生，但我们的结果对广泛的量子实验具有影响，这些实验需要结合窄的光学跃迁和μ m尺度的设备几何形状。
2019-04-01 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Cross-relaxation studies with optically detected magnetic resonances in nitrogen-vacancy centers in diamond in an external magnetic field
本文研究了金刚石晶体中氮空位（NV）中心与替位氮之间的交叉弛豫。结果表明，光学检测磁共振信号（ODMR）可以用来测量这些信号成功。在轴向磁场值约为51.2 mT时，在具有相对高的氮浓度（200 ppm）的金刚石样品中检测到ODMR。我们观察到的过渡，涉及分裂的超精细相互作用的磁子级。使用频率范围为1.3 GHz至1.6 GHz（$m_S=0\longrightarrow m_S=-1$ NV跃迁）和4.1 GHz至4.6 GHz（$m_S=0\longrightarrow m_S=+1$ NV跃迁）的微波。为了更详细地理解交叉弛豫过程，并因此更准确地再现测量信号，开发了一种模型，该模型描述了NV中心的超精细能级之间的微波引发的跃迁，该超精细能级正在经历反交叉并在所施加的磁场中强烈混合。此外，我们模拟了在何种程度上的微波辐射用于诱导ODMR在NV中心也诱导过渡的替代氮通过交叉弛豫。在磁场存在下的NV过程的改进的理解将是有用的设计NV-金刚石为基础的设备的广泛的应用，从实施的q位的大分子的超极化的各种量子技术的应用，如场传感器。
2020-07-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
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
A diamond nanophotonic interface with an optically accessible deterministic electronuclear spin register
本文提出一种光纤封装的金刚石纳米光子接口，利用锡空位色心与$^{117}$Sn核自旋实现高保真光学核自旋初始化与读出，并在无磁场下展示自旋门控单光子非线性，为可扩展量子网络提供多功能量子节点。
2023-05-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Radiofrequency response of the optically detected level anti-crossing signal in NV color centers in diamond in zero and weak magnetic fields
Ioffe Institute（约费研究所）
研究钻石中NV色心在零磁场和弱磁场下光学探测能级反交叉信号对准共振射频场的响应，揭示其复杂结构由Autler-Townes分裂解释，并探讨了通过外部磁场低频调制控制信号参数的可能性。
2022-01-19 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
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
Optically detected magnetic resonance of high-density ensemble of NV centers in diamond
光学检测磁共振（ODMR）是一种表征NV中心的方法。最近，在具有NV中心的高密度系综的ODMR中观察到显著的急剧下降，并且这通过[Zhu等人，Nature Communications 5，3424（2014）]，显示了倾角是NV中心的自旋-1性质的结果。在这里，我们提出了更多的分析细节，以显示如何应用该模型来研究NV中心的属性。通过使用我们的模型，我们已经再现了ODMR与没有施加磁场。此外，我们从理论上研究了ODMR是如何影响的合奏NV中心的典型参数，如应变分布，不均匀的磁场，和均匀的加宽宽度。我们的模型可以提供一种方法来估计这些参数从ODMR，这将是至关重要的，实现基于金刚石的量子信息处理。
2015-08-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Microscopic study of optically-stable, coherent color centers in diamond generated by high-temperature annealing
固体中的单色心已经成为量子信息科学的一个有前途的物理平台。创建这些具有优异量子特性的中心是进一步技术发展的关键基础。特别是，对旋转浴环境的微观理解是设计量子控制色心的关键。在这项工作中，我们提出并展示了一种独特的高温退火（HTA）方法，用于在无重结晶金刚石中产生高质量的氮空位（NV）中心。同时使用所创建的NV中心作为其局部环境的探针，我们验证了HTA在显微镜下没有引起损伤。在超低氮浓度膜中产生的几乎所有单NV中心都具有稳定的和傅里叶变换限制的光谱。此外，HTA大大减少了自然生长在合奏样本的噪声源，并导致三倍以上的消相干时间和灵敏度的改善。我们还验证了空位激活和缺陷重组，特别是H3和P1中心，可以解释自旋浴和色心之间的重新配置。这种新颖的方法将成为基于空位的量子技术的强大工具。
2022-08-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Real-time estimation of the optically detected magnetic resonance shift in diamond quantum thermometry
我们研究了纳米金刚石（ND）中氮空位（NV）中心的光学检测磁共振（ODMR）频移的实时估计方案。将多点ODMR测量和ND粒子跟踪有效地集成到荧光显微镜中，最近已经证明了对活体动物体内温度的稳定监测。我们详细分析了多点ODMR测量技术（3点、4点和6点方法），并量化了由于实验硬件和ODMR光谱形状的仪器误差而产生的几个系统误差导致的测量伪影量。我们提出了一种实用的方法，以尽量减少这些因素的影响，它允许测量准确的温度的单个ND在动态热事件。我们还讨论了集成的噪声滤波器，数据估计协议，和可能的文物进一步发展，实时温度估计。本研究提供了量子金刚石测温的技术细节，并讨论了可能影响生物应用中温度估计的因素。
2020-06-12 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Dressed-State Polarization Transfer between Bright & Dark Spins in Diamond
在环境条件下，固态系统中的自旋杂质被发现处于热混合状态并且是光学“暗”的，即，自旋状态不能被光学控制。金刚石中的氮空位（NV）中心是一个例外，因为电子自旋状态是“明亮的”，即，它们可以通过光泵浦来极化、用自旋共振技术来相干地操纵、以及光学地读出，所有这些都在室温下进行。在这里，我们展示了一个修饰态，双共振计划转移极化从明亮的NV电子自旋暗替代氮（P1）电子自旋在金刚石。这种极化转移机制可以用来将暗自旋的介观浴冷却到接近零的温度，从而为量子信息和传感提供资源，并帮助研究多体自旋系统中的量子效应。
2012-11-12 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Broadband EPR Spectroscopy in Diverse Field Conditions Using Optically Detected Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond
顺磁磁共振是一种用于表征和识别化学目标的强大技术，越来越多地用于成像;然而，室温下的低自旋极化和中等磁场对检测少量自旋提出了挑战。在这项工作中，我们使用荧光从氮空位（NV）中心在金刚石检测电子顺磁共振（EPR）光谱的光学非活性的目标自旋在各种条件下的字段大小和方向。该协议既不需要直接微波操纵的NV自旋，也不NV和目标自旋共振之间的光谱重叠，从而使宽带检测。这种意想不到的非共振耦合是由于一个双声子的过程，放松NV自旋接近目标自旋的波动偶极矩，这表明灵敏度是由偶极偶极耦合强度。这种方法有望用于灵敏的EPR检测，特别是在难以控制金刚石晶体取向的环境中。这尤其适用于生物传感应用，其中纳米金刚石因其明亮，稳定的荧光和生物相容性而受到追捧。
2019-02-20 cond-mat.mes-hall
Optically-Induced Modulation and Programming of Diamond Photonic Cavities
Institute of Physics, Swiss Federal Institute of Technology Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院物理研究所）；Center of Quantum Science and Engineering, Swiss Federal Institute of Technology Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院量子科学与工程中心）；Photonics Research Group, Department of Information Technology (INTEC), Ghent University - IMEC（根特大学信息技朮系光子研究组（与IMEC联合））；University of Stuttgart（斯图加特大学）
本研究展示利用532纳米绿光对含氮-空位中心的金刚石纳米束腔实现全光调制与准永久蓝移调谐，结合热光与电荷效应，最大调谐3.15纳米，为单片金刚石光子平台提供可逆与持久重构能力。
2026-09-30 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Coherent control of the silicon-vacancy spin in diamond
金刚石中的自旋杂质已经成为广泛的基于固态的量子技术中有前途的构建块。带负电荷的硅空位中心结合了其高质量光子特性与基态电子自旋的优势，可以通过光学方式读出。然而，要使这种自旋作为量子比特进行操作，完全的量子控制是必不可少的。在这里，我们报告的测量光学检测磁共振和示范的相干控制的一个单一的硅空位中心自旋与微波场。利用Ramsey干涉法，我们直接测量了3.6K下的自旋相干时间T2*，为115 +/- 9 ns。相干时间的温度依赖性表明，退相和衰变的自旋引起的基态的轨道分支之间的单声子介导的激发。我们的结果使硅空位中心自旋成为一个可控的资源，建立自旋光子量子界面。
2017-01-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Room Temperature Electrically Detected Nuclear Spin Coherence of NV Centers in Diamond
我们证明了在室温下NV中心的$^{14}$ N核自旋相干性的电检测。核自旋是量子信息器件和量子传感器中的量子存储器的候选者，因此核自旋相干性的电学检测对于开发和集成此类量子器件至关重要。在本研究中，我们使用脉冲电探测电子-核双共振技术测量室温下NV中心$^{14}$ N核自旋的Rabi振荡和相干时间（$T_2$）。我们在室温下观察到$T_2 \approx$ 0.9 ms。我们的研究结果将为开发新型的基于电子和核自旋的金刚石量子器件铺平道路。
2019-07-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optically Detected Ferromagnetic Resonance in Metallic Ferromagnets via Nitrogen Vacancy Centers in Diamond
我们报告的定量测量的光学检测铁磁共振（ODFMR）的铁磁薄膜，使用氮空位（NV）中心的金刚石，将FMR转换成荧光强度的变化。为了揭示负责这些信号的机制，我们研究ODFMR，因为我们1）改变NV中心与铁磁体（FM）的分离，2）在FMR期间记录NV中心纵向弛豫时间$T_1$，以及3）改变FM的材料性质。基于这些结果，我们提出了ODFMR的以下机制。衰减和散射的驱动，均匀的FMR模式的结果在自旋波，产生波动的偶极场的频谱。当自旋波谱与NV中心基态自旋共振频率重叠时，来自这些共振自旋波的偶极场使NV中心自旋弛豫，导致ODFMR信号。这些结果为NV中心自旋弛豫测量方法奠定了基础，该方法可以研究FM动力学，而无需将NV中心自旋跃迁频率与感兴趣的磁系统直接匹配，从而实现扫描探针磁显微镜的替代模式，可以感测铁磁共振纳米级分辨率。
2016-07-25 cond-mat.mes-hall
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
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
Mitigating the Transition of SiV$^-$ in Diamond to an Optically Dark State
本研究通过共振激光与静态电场结合，实现钻石中SiV⁻态的电荷状态可控，提升量子光子技术的应用潜力。
2025-12-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Hyperfine spectroscopy and fast, all-optical arbitrary state initialization and readout of a single, ten-level ${}^{73}$Ge vacancy nuclear spin qudit in diamond
本研究实现了对金刚石中单个十能级 ${}^73$Ge 空位核自旋 qudit 的超精细结构观测、核自旋读出，并在微秒尺度上以高达约 84% 的保真度实现了任意态的光控初始化，
2024-02-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
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
Coupling a Surface Acoustic Wave to an Electron Spin in diamond via a Dark State
量子声学是一个新兴的领域，它探索声波与人造原子之间的相互作用及其在量子信息处理中的应用。在这项实验研究中，我们证明了表面声波（SAW）和电子自旋之间的耦合，利用强应变耦合的氮空位中心的激发态，同时避免这些国家的寿命短。SAW与自旋的耦合是通过一个λ型三能级系统进行的，在该系统中，两个基态自旋态通过声子辅助和直接偶极光学跃迁耦合到一个共同的激发态。实现了相干布居俘获和光驱动自旋跃迁。相干布居俘获证明了SAW和电子自旋相干性通过暗态的耦合。光学驱动的自旋跃迁类似于俘获离子系统中的边带跃迁，可以实现自旋和机械自由度的量子控制，并且可能是用于量子计算的类俘获离子固态系统。这些结果为基于自旋的量子声学搭建了实验平台，填补了自旋电子学和量子声学之间的空白。
2016-08-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Impact of surface and laser-induced noise on the spectral stability of implanted nitrogen-vacancy centers in diamond
利用金刚石中的氮空位中心的量子网络技术的可扩展实现需要在紧邻表面处创建光学相干NV中心以用于耦合到光学结构。我们通过$^{15}$ N离子注入和高温真空退火产生单NV中心。NV中心的起源是通过用于氮同位素鉴定的光学检测磁共振光谱来建立的。对于大多数正常注入（7个$^\circ$，$\approx$ 100 nm深）$^{15}$ NV中心，观察到接近寿命限制的光学线宽（$<$ 60 MHz）。NV $^-$电荷状态和发射频率的长期稳定性得到证明。NV-表面相互作用的效果进行了研究，通过改变注入角度为一个固定的离子能量，从而晶格损伤的档案。与正常注入条件相比，来自预注入（85 $^\circ$，$\approx$ 20 nm深）的NV表现出显著降低的光学相干性。我们的研究结果表明，表面是一个更大的扰动源比注入损伤浅注入纳米粒子。这项工作支持离子注入的可行性，形成光学稳定的NV中心。然而，仔细的表面准备将是必要的可扩展的缺陷工程。
2021-08-06 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
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
Optically detected nuclear magnetic resonance of carbon-13 in bulk diamond
Center for High Technology Materials, University of New Mexico（新墨西哥大学高等技术材料中心）；Department of Physics and Astronomy, University of New Mexico（新墨西哥大学物理与天文学系）；Department of Physics and Astronomy, Dartmouth College（达特茅斯学院物理与天文学系）；DEVCOM Army Research Laboratory（美国陆军研究与发展司令部陆军研究实验室）
利用氮空位中心电子自旋与远程碳-13核自旋之间的Landau-Zener跃迁，实现了大数量核自旋系综的光学极化和读出，并进行了Ramsey光谱学测量。
2026-09-29 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph physics.ins-det
Characterization of Optical and Spin Properties of Single Tin-Vacancy Centers in Diamond Nanopillars
钻石中的色心作为光学活性固态量子比特的候选者引起了人们极大的兴趣。特别令人感兴趣的是基于金刚石中IV族杂质的反转对称色心，因为它们强烈地发射到它们的零声子线中并且对一阶电场噪声不敏感。早期对金刚石中带负电荷的锡空位（SnV $^{-}$）中心的研究发现，SnV $^{-}$是一种很有前途的候选者：它具有高的量子效率，强的零声子线发射，并且有望在4 K下具有长的$T_2$自旋相干时间。为了将SnV $^{-}$发展成自旋量子比特，需要进一步表征，特别是纳米制造结构中单个SnV $^{-}$的自旋和光学性质。在这项工作中，我们隔离单个SnV $^{-}$中心的金刚石纳米柱和表征其发射特性和自旋响应的磁场。我们观察到窄的发射线宽，光谱仪限制，以及强烈的偏振依赖的每个过渡。我们还发现在磁场作用下的塞曼分裂与理论预测符合得很好。我们的结果为未来将单个SnV $^{-}$用于光学可访问量子存储器铺平了道路。
2019-04-29 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-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
Combined synchrotron X-ray diffraction and NV diamond magnetic microscopy measurements at high pressure
我们报告的可能性，同时进行宽场氮空位（NV）金刚石磁性显微镜和同步辐射X射线衍射（XRD）测量在高压下。NV色心在金刚石砧的底脚上产生，该底脚集成在用于样品的静态压缩的金刚石砧室中。NV中心的光学检测的自旋共振用于映射由样品磁化产生的杂散磁场。使用这种组合方案，可以同时测量磁性和结构行为。作为原理证明，我们记录了铁在300 K下在15 - 20 GPa之间发生的相关α-Fe到ε-Fe结构和磁性转变。
2020-10-19 cond-mat.mes-hall quant-ph
Engineering and Probing a One-Dimensional Dipolar Spin Ensemble in Diamond
University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；California Institute of Technology（加州理工学院）；Stanford University（斯坦福大学）；Harvard University（哈佛大学）；Boston University（波士顿大学）；Max-Planck-Institut für Physik Komplexer Systeme（马克斯·普朗克复杂系统物理研究所）
本研究在金刚石中工程化并表征了由P1中心构成的准一维偶极自旋链，利用相关谱学探测其自旋动力学，为低维量子自旋系统提供了材料学途径。
2026-09-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
All-optical hyperpolarization of electron and nuclear spins in diamond
核自旋的低热极化是限制核磁共振灵敏度的主要因素。在这里，我们证明了光泵（无微波）核自旋极化的$^{13}\mathrm{C}$和$^{15}\mathrm{N}$在$^{15}\mathrm{N}$掺杂金刚石。在顺磁体系$\mathrm{N_s}^{0}$中观察到$^{15}\mathrm{N}$的极化增强达到热平衡以上的$-2000$。核自旋极化扩散到散装$^{13}\mathrm{C}$与NMR增强的$-200$在室温下和$-500$在$\mathrm{240~K}$，使路由微波无高灵敏度NMR研究的生物样品在环境条件下。
2017-02-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Observing bulk diamond spin coherence in high-purity nanodiamonds
金刚石中的氮空位中心（NVs）是跨量子信息科学和纳米磁性和温度测量的研究热点。虽然超纯块状金刚石纳米粒子在光学可达自旋中维持最长的自旋相干时间，但纳米金刚石纳米粒子显示出持续较差的自旋相干性。在这里，我们介绍了高纯度纳米金刚石容纳记录长的NV相干时间，>60 us，通过通用动态去耦观察。我们发现，退相干的主要贡献来自附近的氮杂质，而不是表面状态。我们保护NV自旋自由进动，直流磁力测量所必需的，通过驱动这些杂质到运动窄化制度。这将NV自由感应衰减时间从440 ns（比Ib型块状金刚石长）延长到1.27 us（与IIa型（无杂质）金刚石相当）。这些特性允许在基于金刚石的紧急量子技术中同时利用高灵敏度和纳米分辨率。
2013-10-03 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
All-optical control of the spin state in the NV-center in diamond
我们描述了一个在金刚石带负电荷的氮空位（NV）中心的基态三重态中进行自旋操纵的全光学方案。从3A_2基态到3E激发态的虚光激发允许在二重轨道简并激发态中凭借自旋-自旋相互作用进行自旋旋转。我们推导了非共振光抽运引起的基态自旋三重态内光诱导自旋翻转跃迁的有效哈密顿量。此外，我们还研究了自旋投影为m_S = 0和m_S = -1的塞曼子能级沿NV轴围绕基态能级反交叉形成的自旋量子比特对电子自旋的全光学控制.
2012-06-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Decoherence-protected transitions of nitrogen vacancy centers in 99% 13C-enriched diamond
金刚石中的氮空位（NV-）色心由于其自旋为1的基态、简单的光学初始化和读出以及在室温固体中的长的本征相干时间而成为用于量子信息器件的主要候选者。虽然13 C核自旋通常是磁噪声的主要来源，但我们观察到99%13 C金刚石中NV-中心的电子-核超精细态之间的跃迁对退相干具有鲁棒性。在磁场强度范围从550 - 900 G，这些转变是可观察到的光学检测磁共振（ODMR），并表现出线宽缩小的因素高达130倍，在室温下从这个自旋系统观察到的典型的电子型转变。我们预计使用这些退相干保护的过渡，结合动态去耦方法，存储的量子信息。
2015-06-17 cond-mat.mes-hall quant-ph
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
Side resonances and metastable excited state of NV- center in diamond
本文讨论了金刚石晶体中光探测磁共振的边共振，提出了一种计算由负电荷氮空位NV-心和13 C核自旋组成的复合体系中超精细相互作用的新方法。用新的方法得到了能级和自旋态。该方法的基础是利用完备的交换算子集。在零磁场下，预言了亚稳态激发态的存在。
2017-01-15 cond-mat.mes-hall
A Fiber-coupled Scanning Magnetometer with Nitrogen-Vacancy Spins in a Diamond Nanobeam
本文提出一种金刚石纳米梁与锥形光纤耦合的扫描NV磁强计，实现全光纤激发与读出，并通过成像YIG薄膜自旋波验证其磁测量能力，适用于毫开尔文等受限环境。
2023-02-24 cond-mat.mes-hall
Understanding the Linewidth of the ESR Spectrum Detected by a Single NV Center in Diamond
电子自旋共振（ESR）谱分析是一种强有力的研究技术，包括自旋系统的表征，自旋浓度的测量和探测自旋动力学。金刚石中的氮空位（NV）中心是一种很有前途的磁传感器，可以将ESR灵敏度提高到单自旋的水平。因此，了解NV检测ESR（NV-ESR）光谱的性质对于纳米ESR的应用至关重要。在这项工作中，我们研究了单取代氮中心（称为P1中心）的NV-ESR线宽。NV-ESR通过双电子-电子共振（DEER）技术检测。通过研究DEER激发带宽对NV-ESR线宽的依赖关系，我们发现，光谱分辨率显着提高，并最终限制了所检测到的P1 ESR的不均匀加宽。此外，我们表明，NV-ESR线宽可以窄至0.3 MHz。
2019-07-18 cond-mat.mes-hall
Towards hyperpolarization of oil molecules via nitrogen-vacancy centers in diamond
当进行核磁共振（NMR）和成像时，有机分子的有效极化是非常相关的。商业上可获得的动态核极化（DNP）途径在极低的温度下工作，从而使分子脱离其周围的热条件，并依赖于有机样品的固化。在这项工作中，我们研究了在室温下从光泵金刚石中的氮空位中心到外部分子的偏振转移。这种极化转移描述了一个广泛的分析和数值模拟的基础上自旋浴玻色子化，并支持实验数据非常一致。这些结果设定了在不同情况下扩散分子超极化的路线，因此，由于信号增加，高分辨率NMR。
2017-08-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Photocatalytic Control of Diamond Color Center Charge States via Surface Oxidation
提出一种通过激光诱导氧化H终止金刚石纳米柱来连续高效调节表面终止的非易失性光催化技术，揭示了原生缺陷电荷循环驱动表面氧化的微观机制，为固态量子器件提供按需电荷态控制工具。
2025-06-25 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
Observation of rotational Brownian motion of single diamond nanoparticles
由于在光学衍射极限下难以获得方向信息，因此捕获单个纳米颗粒的旋转运动受到阻碍。在这里，我们证明了单个氮空位（NV）中心的电子自旋可以感知其宿主纳米金刚石的旋转布朗运动。当纳米金刚石逐渐从它们被固定到的衬底上分离时，它们的光学检测的自旋共振峰被加宽1.8MHz，这对应于来自Einstein-Smoluchowski关系的直径为11.4nm的纳米颗粒的旋转扩散常数。
2018-03-16 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Optical switching of resonance fluorescence from a single germanium vacancy color center in diamond
可扩展的量子光子网络需要量子发射器的相干激发。然而，许多固态系统可以经历到抑制荧光的暗搁置状态的转变。在这里，我们证明了使用弱非共振激光的受控门控，共振激发可以恢复和放大单个锗空位（GeVs）。采用门控共振激发，我们实现了光学稳定的共振荧光的GeV中心。我们的研究结果是至关重要的部署钻石色心作为可靠的积木可扩展的固态量子网络。
2019-04-10 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Level anti-crossing spectra of nitrogen-vacancy centers in diamond detected by using modulation of the external magnetic field
本文研究了金刚石单晶中NV $^-$心（带负电荷的氮空位心）的光致发光与磁场的关系。在这样的磁场依赖的特征线，这是来自耦合的电子-核自旋系统的水平反交叉（LACs）。为了提高灵敏度，我们使用锁定检测来测量光致发光强度，并观察到一个非常强的依赖于调制频率的LAC衍生线。当调制频率从12 kHz降低到17 Hz时，谱线的幅度增加大约两个数量级。为了定量地描述这种效应，我们建立了一个描述电子-核耦合自旋系统在振荡外磁场作用下自旋动力学的理论模型.实验和理论之间的良好协议，使我们能够得出结论，所观察到的效果是源于相干自旋极化交换的NV $^-$中心。我们的研究结果是非常实际的重要性，允许一个探测金刚石缺陷中心的LAC衍生线的实验条件进行优化。
2016-09-21 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph quant-ph
Single-Spin Microscope with Sub-Nanoscale Resolution Based on Optically Detected Magnetic Resonance
我们总结了我们的新的扫描磁三维成像系统。该扫描系统使用光学检测的磁共振在一个单一的氮空位中心的钻石。理论分析和首次实验验证表明，该方法在室温下具有单自旋灵敏度和亚纳米级的空间分辨率。
2009-05-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Diamond Magnetometry of Meissner Currents in a Superconducting Film
研究了磁场对超导铌薄膜的穿透作用。磁场的成像是通过光学检测单晶金刚石内部带负电荷的氮空位缺陷的磁共振来进行的，所述单晶金刚石附着在所研究的铌膜上。将实验结果与基于临界态模型的理论预测进行了比较，得到了很好的一致性。
2016-06-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Generation of Tin-Vacancy Centers in Diamond via Shallow Ion Implantation and Subsequent Diamond Overgrowth
金刚石中的IV族色心由于其作为光学活性固态自旋量子比特的潜力而引起了人们极大的兴趣。此类发射器的未来利用需要开发与高质量纳米光子器件兼容的精确现场控制发射器生成技术。这项任务是更具挑战性的颜色中心与大IV族杂质原子，这是有希望的，因为它们的预测长自旋相干时间没有稀释冰箱。例如，当应用于带负电荷的锡空位（SnV $^-$）中心时，常规的位点控制色心产生方法要么损坏金刚石表面，要么产生具有无法解释的特征的体光谱。在这里，我们展示了一种新的方法来产生网站控制的SnV $^-$中心与干净的散装光谱。我们通过薄的注入掩模浅注入Sn离子，随后通过化学气相沉积生长一层金刚石。这种方法可以推广到其他色心，并与量子纳米光子器件的制作相结合。
2020-02-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Polarization transfer from optically-pumped NV center ensembles to multinuclear spin baths
NV-金刚石在纳米级传感和自旋操纵方面引起了人们的浓厚兴趣。特别地，在单个NV中心的光激发之后的非平衡电子自旋极化已经成功地转移到缺陷周围的核自旋浴中。然而，这些实验需要扩展到NV-合奏有前途的实际应用中的超极化的大体积样品体积的NMR信号增强。在这里，我们使用一个密集的，浅的NV-中心合奏证明在一个定义良好的复合金刚石样品系统的核自旋的极化转移。这使我们能够解决三种不同类型的核自旋在不同的位置相对于NV极化源：从接近$^{13}$ C内的金刚石晶格的自组装分子系统组成的$^{1}$ H和$^{19}$ F自旋外的金刚石和多个接口。我们发现，合奏NV实验面临的问题不同于单一NV实验。特别地，使用自旋锁脉冲，NV系综的非均匀加宽的ESR线限制了可以发生转移协议的最小共振线宽。此外，我们比较了不同的核浴的NV自旋极化损失和极化转移率，并讨论了自旋扩散的作用，作为间接影响核极化建立在纳米NV-NMR实验的检测体积内的直接观察。
2021-11-23 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph
Scanning magnetic field microscope with a diamond single-spin sensor
我们描述了一种扫描设备，其中一个单一的自旋被用作超灵敏，纳米级磁场传感器。作为这种“探针自旋”，我们考虑一个单一的氮空位缺陷中心的金刚石晶体，连接到扫描设备的尖端。通过光学监测其电子顺磁共振跃迁来检测探针自旋所看到的局部场的变化。室温扫描装置可用于执行纳米级磁共振成像和光谱学，以及用于表征低至单原子水平的磁性纳米结构。
2008-09-23 cond-mat.mes-hall
