Density Functional Theory Evaluation of Cation-doped Bismuth Molybdenum Oxide Photocatalysts for Nitrogen Fixation
本研究探讨了光催化固氮阳离子掺杂表面（Bi $_{x}$ M $_{y}$）$_2$ MoO $_6$其中（M = Fe，La，Yb）在正交和单斜结构使用密度泛函理论（DFT）的方法与实验验证的模型输入。进行讨论的重点是Heyrovsky型反应的缔合和解离反应途径有关的氮还原。在还原机制的关键基本见解进行了讨论，涉及的替代离子的氮和氢的亲和力的材料特性。物理洞察力是通过解释表面的束缚电子态来收集的。较高的Fe和Yb浓度的组合物相导致减少的Mo-O结合和增加的Mo和表面上的N和H物种之间的亲和力。当Yb和Fe被实施时，Mo-O结合的调制由应变引起，这又使能级移动并将带隙能量调制约0.2 eV。这种Mo-O键的变化是由于M-O（M = Fe，Yb）的轨道杂化引起了强烈的轨道相互作用，从而使状态发生了变化。最佳组成为（Bi $_{0.75}$ Fe $_{0.25}$）$_2$ MoO $_6$的正交晶系构型，其最大热力学势垒为1.4 eV.该组合物显示出遵循缔合或生物固氮途径的有效氮和氢亲和力。
2018-12-11 cond-mat.mtrl-sci
Atomic Configuration of Nitrogen Doped Single-Walled Carbon Nanotubes
在纳米结构中的掺杂剂的原子水平上获得化学环境对于理解其性质至关重要。我们已经进行了原子分辨电子能量损失谱检测单壁碳纳米管中的单个氮掺杂剂，并与第一性原理计算进行了比较。我们表明，氮掺杂发生在不同的键合配置的单个原子：石墨样和吡咯样取代氮相邻的局部晶格畸变，如石头投掷威尔士缺陷。这些纳米管的电子束下的稳定性进行了研究，在两个极端情况下的氮掺入量和配置。这些发现为这些纳米结构的应用提供了关键信息。
2014-01-20 cond-mat.mtrl-sci
Properties of single-layer graphene doped by nitrogen with different concentrations
石墨烯具有独特的磁性和电子学性质，在纳米电子学和自旋电子学领域有着广阔的应用前景。采用Heyd-Scuseria-Ernzerhof 06（HSE 06）杂化泛函方法，利用自旋极化的从头算密度泛函理论，研究了半金属单层石墨烯中氮取代掺杂的性质.我们发现，从我们的计算，引入氮掺杂可能会打破能量简并相对于自旋（自旋对称性破缺）在某些掺杂浓度与适当的掺杂剂配置。自旋对称性破缺会引起自旋极化效应，从而引起石墨烯的磁响应。本文系统地分析了氮原子掺杂浓度和掺杂构型对石墨烯的磁矩和带隙的影响。
2013-04-28 cond-mat.mtrl-sci
Theoretical Design of a Shallow Donor in Diamond by Lithium-Nitrogen Codoping
本研究提出金刚石中由锂原子与四个配位氮原子构成的LiN₄替代型杂质络合物，通过理论计算验证其为浅施主，同时给出三条实验制备路径并完成理论分析。
2012-05-14 cond-mat.mtrl-sci
Nitrogen overgrowth as a catalytic mechanism during diamond chemical vapour deposition
氮通常包含在化学气相沉积进料气体中以加速金刚石生长。虽然这种效应的原子机制还没有达成共识，但现有的研究主要集中在次表面氮和氮基吸附物的作用上。在这项工作中，我们证明了表面嵌入氮在成核（100）金刚石新层中的催化作用。为此，我们使用密度泛函理论建立了氮的过度生长模型。新层的成核通过C插入C-C表面二聚体而发生。然而，我们发现，C插入到C-N二聚体有显着降低的能量需求。特别地，在氮的存在下，关键二聚体开环和闭环机制的速率增加400倍。然后，通过电子从氮孤对电子转移到表面上的电荷受体，促进取代氮缺陷的完全并入。这项工作提供了一个令人信服的机制，表面嵌入氮的作用，通过新层的成核增强（100）金刚石生长。此外，它展示了在化学气相沉积过程中替代氮形成的途径，可以扩展到研究技术相关的氮基缺陷的产生。
2020-11-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Covalent Nitrogen Doping and Compressive Strain in MoS2 by Remote N2 Plasma Exposure
二维材料的可控掺杂对于异质结和p-n同质结中的理想器件性能是高度期望的。在此，我们提出了一种有效的策略，通过远程N2等离子体表面处理掺杂的二硫化钼与氮。通过使用原位X射线光电子能谱学监测N2等离子体暴露时MoS 2的表面化学，我们确定了MoS 2中存在共价键合的氮，其中硫族元素硫被氮取代被确定为掺杂机制。此外，电特性表明，P型掺杂的二硫化钼是通过氮掺杂，与理论预测一致。值得注意的是，我们发现，氮的存在下，可以诱导压缩应变的MoS 2结构，这代表了第一个证据的应变诱导的替代掺杂在过渡金属二硫属化物材料。最后，我们的第一原理计算支持这种应变的实验证明，并阐明了氮掺杂浓度和压缩应变之间的相关性在二硫化钼。
2016-07-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Dark defect charge dynamics in bulk chemical-vapor-deposition-grown diamonds probed via nitrogen vacancy centers
虽然化学气相沉积（CVD）是合成金刚石晶体的首选途径之一，但对生长过程中产生的点缺陷的全面了解仍然不完整。在这里，我们利用1b型CVD金刚石中氮空位（NV）中心的电荷和自旋特性来暴露光学和磁性暗点缺陷，尽管与取代氮的丰度相当（如果不大于），但迄今为止几乎未被注意到。间接检测到的光致发光光谱表明，施主态1.6电子伏特以上的价带，但缺陷的微观结构和成分仍然难以捉摸。我们的研究结果可能会证明相关的依赖CVD生长的单晶金刚石的应用程序的增长。
2020-04-14 cond-mat.mtrl-sci
Rapid determination of single substitutional nitrogen N$_s^0$ concentration in diamond from UV-Vis spectroscopy
单取代氮原子N $_s^0$是在金刚石中形成氮空位中心的先决条件。它们用作电子供体以产生所需的NV $^-$中心，提供对抗光电离的电荷稳定性，但也是退相干的主要来源。因此，精确和快速地测定N $_s^0$浓度是材料改进和应用方面的许多NV相关研究的关键优势。在这里，我们提出了一种方法来确定的N $_s^0$浓度的基础上吸收光谱在紫外-可见光范围内，并拟合270 nm的吸收带。紫外-可见光谱具有实验简单和广泛的可用性，比现有方法具有优势。它允许快速测定N $_s^0$密度，即使对于大量的样品。我们的方法显示出进一步的优势，在确定低浓度以及本地测量的能力，这是高度相关的金刚石与很大程度上不同的N $_s^0$浓度在一个单晶。与电子顺磁共振（EPR）的交叉检验表明我们的方法具有很高的可靠性，并产生了270 nm吸收带的吸收截面，$σ=1.96\pm0.15$ cm $^{-1}\cdot$ ppm $^{-1}$（常用对数）或$σ_e=4.51\pm0.35$ cm $^{-1}\cdot$ ppm $^{-1}$（自然对数），其用作确定N $_s^0$浓度的参考，并且使得我们的方法适用于其他方法而不需要已知的N $_s^0$ -参考样品和校准。我们提供了一种快速、实用和可复制的途径，该途径独立于所使用的机器，并且可以作为测定N $_s^0$浓度的标准表征方法广泛实施。
2022-08-02 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Theoretical study of N-complexes in carbon nanotubes
我们通过密度泛函理论的总能量计算，对碳纳米管中取代型氮缺陷的最稳定结构进行了系统的理论研究。对（5，5）和（8，0）纳米管进行这些计算以检查手性的影响，并对石墨烯片进行这些计算以检查无限直径的极限。在所有这些系统中，我们发现，无论是取代氮或结构包含两个空缺包围四个吡啶类环具有最低的形成能，这取决于氮的化学势的值。这些缺陷在纳米管中具有比在石墨烯片中更低的形成能。
2007-01-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Tuneable magnetic behaviour, electronic structure and nitrogen vacancy formation in Gd$_{x}$Sm$_{1-x}$N
Robinson Research Institute, Victoria University of Wellington（惠灵顿维多利亚大学罗宾逊研究所）；MacDiarmid Institute for Advanced Materials and Nanotechnology（麦克迪亚米德先进材料与纳米技术研究所）
本文结合计算与实验研究GdₓSm₁₋ₓN的电子和磁性能，发现阳离子取代可调控其磁性能与氮空位形成能，对超导自旋电子学具有重要意义。
2026-08-03 cond-mat.mtrl-sci
Be and Be-related impurities in diamond: density functional theory study
University of Tripoli（的黎波里大学）；High Institute for Comprehensive Professions (Al-Shmokh Institution)（高等综合职业学院（阿尔-什莫赫机构））
研究通过密度泛函理论分析铍及铍-氮共同掺杂对金刚石电学性质的影响，发现取代掺杂更稳定，但深层供体限制其室温应用。
2025-12-26 cond-mat.mtrl-sci
Vacancy-mediated nitrogen diffusion and aggregation via high-fluence electron beam irradiation in HPHT synthesized diamond crystal
National Institute for Materials Science（物质材料研究机构）；University of Tsukuba（筑波大学）；National Institutes for Quantum Science and Technology（量子科学技术研究开发机构）；Tohoku University（东北大学）
通过室温电子束辐照和退火，研究氮掺杂HPHT金刚石中氮空位中心的形成机制，发现高注量下出现H3中心等未知缺陷，且其形成温度低于常规报道，归因于空位介导的氮扩散与聚集。
2026-09-25 cond-mat.mtrl-sci
Doping Dependent Changes in Nitrogen 2$p$ States in the Diluted Magnetic Semiconductor Ga$_{1-x}$Cr$_{x}$N
本文研究了最近发现的稀磁半导体Ga $_{1-x}$ Cr $_{x}$ N（$x$ = 0.01-0.10）的电子结构。利用N1 $s$软X射线发射谱和吸收谱分别对主体晶格中$occupied$和$unoccupied$配体（N）的分能态密度（DOS）的变化进行了系统的研究。X射线吸收测量证实了纤锌矿N2 $p$ DOS和置换掺杂的Cr到Ga的网站。Ga $_{1-x}$ Cr $_{x}$ N的$occupied$和$unoccupied$ N 2 $p$特征DOS的耦合变化确定了与能带结构计算一致的负责铁磁性的状态。
2004-09-30 cond-mat.mtrl-sci
Nitrogen loss and oxygen evolution reaction activity of perovskite oxynitrides
实验报道过氧化氢氮氧化物光催化剂由于光生空穴对氮离子的自氧化而放出少量的N $_2$。观察到N $_2$释放速率随着反应时间的增加而降低，并发现其与O $_2$释放（OER）活性的降低相关，然而，后者效应的起源尚不清楚。在这里，我们研究，通过密度泛函理论计算，在TaON终止的钙钛矿氮氧化物SrTaO $_2$ N的（001）表面的阴离子空位。我们发现一个充满活力的偏好氧和氮空位驻留在表面，在那里他们自发愈合的 *O和 *OH吸附OER条件下。对于氮空位，这种自修复导致改变的化学计量Ta $_4$ O $_{8+x}$ N $_{4-x}$，其伴随着电子掺杂。N在表面被O取代也导致拉伸应变，这将多余的电荷限制在非常表面的层，影响反应中间体的结合能，并显着增加OER过电位。因此，这种电子结构的特殊变化为实验观察到的钙钛矿氮氧化物OER活性下降提供了原子尺度的解释。
2019-04-05 cond-mat.mtrl-sci
Calculation ofthe transitions and migration of nitrogen and vacancy related defects,with implications on the formation of NV centers in bulk diamond
用屏蔽非局域杂化密度泛函超原胞平面波方法计算了金刚石中置换氮（Ns）、空位（V）和相关点缺陷（NV、NVH、N2、N2V和V2）的形成能、激发能以及电荷跃迁能级。此外，还计算了V和NV的扩散激活能，对已有的数据进行了理论和实验的比较，发现理论和实验符合得很好，并对缺失的数据进行了预测。基于这些缺陷的计算性质，带负电荷的氮空位中心的形成进行了研究，这是一个突出的候选应用在量子信息处理和纳米传感器。我们发现，NV缺陷的浓度是有限的天然金刚石由于相对较高的形成能量的NV。我们的研究结果表明，NV缺陷主要形成在退火的早期阶段，在N掺杂和辐照的金刚石。我们发现，具有多个受主态的两性双空位缺陷对辐照金刚石样品中NV的电荷状态和光稳定性有显著影响。
2013-11-26 cond-mat.mtrl-sci
Doubly-charged silicon vacancy center, photochromism, and Si-N complexes in co-doped diamond
我们报告的第一个实验观察到的双电荷缺陷的金刚石，SiV 2-，在硅和氮共掺杂的样品。我们测量光谱特征，我们属性的替代硅在金刚石中，并确定一个硅空位复杂的装饰与最近邻的氮，SiVN，理论计算的支持。含有硅和氮的样品被证明是严重的光致变色，由于SiV 0/-的损失和光学惰性SiV 2-的增益，占主导地位的可见光变化。
2020-02-05 cond-mat.mtrl-sci
Synthesis, Structure and Properties of Boron and Nitrogen Doped Graphene
二维石墨烯在室温下表现出许多迷人的性质，例如弹道电子传导和量子霍尔效应。1 -4电化学掺杂或通过电子供体和电子受体分子的电荷转移掺杂的石墨烯，5-7显示出电子结构的显著变化，在拉曼光谱中具有特征签名。5 -10取代掺杂，普遍用于半导体的调谐性质，可以成为控制石墨烯电子特性的有力工具。在这里，我们提出的结构和性能的硼和氮掺杂的石墨烯，通过一个以上的方法，包括电弧放电在适当的气氛中，通过使用改性石墨电极或通过纳米金刚石的转化。使用实验和第一性原理理论相结合，我们证明了系统的变化，在载流子浓度和电子结构的石墨烯与B/N掺杂，伴随着硬化的G带和增强的缺陷相关的D-带的拉曼光谱。在没有外部场或化学试剂的情况下获得的这种n/p -型石墨烯应该找到器件应用。
2009-02-18 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
Tuning Structural and Electronic Properties of Metal-Organic Framework 5 by Metal Substitution and Linker Functionalization
本研究基于第一性原理和密度泛函理论，系统探究了金属取代与连接体功能化对56种MOF-5变体结构与电子性质的影响，发现NH$_2$和OH基团能显著减小带隙，为设计增强气体吸附与传感性能的MOF材料提供了指导。
2024-02-12 cond-mat.mtrl-sci
Symmetry and structure of carbon-nitrogen complexes in gallium arsenide from infrared spectroscopy and first-principles calculations
从理论和实验两方面研究了GaAs中的类分子碳氮复合物。傅里叶变换红外吸收（FTIR）光谱检测到的两个特征高频拉伸模式在\num{1973}和\SI{2060}{cm^{-1}}，出现在碳和氮注入和退火层。从同位素取代推断，基础配合物的化学组成分别为CN $_2$和C $_2$ N。压电光谱FTIR测量结果表明，这两个中心具有四面体对称性。对于密度泛函理论（DFT）计算线性实体取代的阴离子，与轴取向沿\hkl<100>方向，根据实验确定的对称性。密度泛函理论计算支持GaAs基质晶体中线性N-C-N和C-C-N复合物在$+3$到$-3$电荷态范围内的稳定性。配合物的价键进行了分析，使用从DFT的类分子轨道。事实证明，内部键和与晶格的键基本上与电荷状态无关。计算的振动模式频率接近实验值，精确地再现了FTIR实验的同位素质量分裂。最后，生成能表明，在热力学平衡下CN $_2$比C $_2$ N更稳定。
2018-01-04 cond-mat.mtrl-sci
Gate-Tunable Semiconductor Heterojunctions from 2D/3D van der Waals Interfaces
范德华（vdW）半导体对于高度缩放的器件和异质集成是有吸引力的，因为它们可以被隔离成自钝化的二维（2D）层，从而实现优异的静电控制。这些属性导致了场效应器件的大量演示，从晶体管到三极管。通过利用共价键合的三维（3D）半导体和2D半导体的钝化表面中的受控的替代掺杂方案，可以构建可以超过“全2D”vdW异质结的性能指标的器件。在这里，我们展示了2D/3D半导体异质结，使用MoS 2作为原型2D半导体，放置在Si和GAN作为3D半导体层上。通过调整费米能级在二硫化钼，我们展示了同时表现出超过七个数量级的整流比和电导调制的设备。我们的研究结果进一步表明，界面质量并不一定会影响费米能级调谐在结开辟了新的2D/3D异质结器件架构的可能性。
2020-03-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Efficient Conversion of Nitrogen to Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond Particles with High-Temperature Electron Irradiation
含有带负电荷的氮空位（NV $^-$）中心的荧光纳米金刚石有希望用于广泛的应用，例如用于感测、作为荧光生物标志物或用于超自旋核自旋。NV $^-$中心由金刚石晶格中的替代氮（P1中心）缺陷和空位形成。使NV的浓度最大化是最有益的，这证明了寻找具有从P1到NV $^-$的高转化率的方法是合理的。我们在这里报告了表面清洁的荧光微米和纳米金刚石的表征，通过用高能（10 MeV）电子照射商业金刚石粉末并在800°C下同时退火获得。使用这种技术并增加辐照剂量，我们证明了NV $^-$的产生，转化率高达25%。最后，我们监测辐射诱导的自旋-1缺陷的产生在微米金刚石颗粒，我们与W16和W33中心，并研究辐照剂量和颗粒尺寸对NV $^-$的相干时间的影响。
2020-07-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Harnessing diamond surface features for dense and aligned NV ensembles
Stanford University（斯坦福大学）；University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）
通过利用金刚石表面自然形成的丘状结构，实现了高密度、对齐的氮空位中心生长，并揭示了其与位错和堆垛层错的相关性。
2026-05-28 cond-mat.mtrl-sci
Predicting Human Touch Sensitivity to Single Atom Substitutions in Surface Monolayers
当手指询问物体的物理和化学特征时产生的机械刺激形成了精细触摸的基础。目前研究或控制触摸的方法主要集中在物理特征上，但精细触摸的化学方面可以用来创造更丰富的触觉界面，并揭示触觉感知的基本方面。为了将触觉感知与分子结构联系起来，我们系统地改变了沉积在难以察觉的光滑表面上的硅烷衍生的单层，并通过摩擦和互相关分析预测了人类的触觉灵敏度。我们预测，并证明，人类可以区分两个电子等排硅烷，不同的只是一个单一的氮碳取代。触觉对比的机制源于单层有序的差异，这是复制在两个烷基硅烷与三个碳的长度差异。这种方法可以推广到其他材料系统，并导致新的触觉来自材料化学。
2020-10-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
The study of the efficiency of nitrogen to NV-center conversion in high nitrogen content samples
金刚石中的氮空位色心是近年来快速发展的传感领域中最重要的体系之一。这种色心用于高分辨率和高灵敏度传感器。然而，快速有效地形成这种色心的技术仍处于开发阶段。本文研究了电子辐照剂量对取代氮向$\text{N}{\text{V}^{-}}$中心转化的影响。这项研究是在高度富集氮（~100 ppm）的金刚石上进行的，这一方面应该最大限度地提高辐射的效果，另一方面对高灵敏度磁力计有意义。实现的最大转换效率与${37\pm 3.7}$一样高，即使使用最简单的退火程序也没有观察到电子剂量的饱和。相应的失相时间的测量使得可以估计具有这种菱形的固定场传感器的每单位体积的散粒噪声限制灵敏度为${9\pm 1\times {{10}^{-14}}\text{T}}/{\sqrt{\text{Hz}\cdot \text{m}{\text{m}^{-3}}}}\;$。
2022-08-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
The electronic and magnetic structure of p-element (C,N) doped rutile-TiO$_{2}$; A hybrid DFT study
本文研究了金红石型TiO ${_2}$中碳、氮杂质和杂质的电子结构和磁结构。为此，我们执行\textit{ab-initio}计算的48个原子的超原胞采用的VASP代码。为了获得一个真实的描述的电子和磁性结构，交换和相关处理与HSE 06混合泛函。原子位置和晶胞尺寸都是完全松弛的。取代的碳和氮被发现具有2和1 $μ{_B}$的磁矩，分别与反铁磁长程序的趋势。对于间隙位上的C/N，我们发现碳是非磁性的，而氮总是具有1 $μ{_B}$的磁矩。我们发现，这些间隙的位置上的总能量的鞍点。当碳和氮形成C-O和N-O二聚体时，达到稳定的构型，其键长接近CO和NO的双键。这一结果与早期的实验研究相一致，从XPS测量检测到这样的N-O实体。计算了这些二聚体的对称伸缩模的频率，为实验验证提供了一种手段。对于所有的配置调查的C和N状态内发现的TiO ${_2}$间隙。这些新的电子状态进行了讨论，相对于调谐掺杂TiO ${_2}$的应用，
2015-01-21 cond-mat.mtrl-sci
Charge dynamics at nitrogen impurities and nitrogen-vacancy centers in diamond
University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校）；US Naval Research Laboratory（美国海军研究实验室）
通过第一性原理计算，研究了金刚石中氮杂质和氮空位中心的多声子辅助非辐射载流子俘获过程，得到了与实验吻合的俘获系数。
2026-10-27 cond-mat.mtrl-sci
Spectral Emission Properties of a Nitrogen-doped Diamond(001) Photocathode: Hot Electron Transport and Transverse Momentum Filtering
本文研究了氮掺杂金刚石(001)光电阴极的光谱发射特性，发现MTE和QE的非单调异常趋势可由导带结构、电子-声子耦合及热电子输运解释，并揭示了横向动量过滤效应。
2022-12-23 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Single-Atom Adsorption on h-BN along the Periodic Table of Elements: From Pristine Surface to Vacancy-Engineered Sites
University of Belgrade − Faculty of Physical Chemistry（贝尔格莱德大学物理化学学院）；Luleå University of Technology（吕勒奥理工大学）；Serbian Academy of Sciences and Arts（塞尔维亚科学与艺术院）
研究单原子在六方氮化硼上吸附行为，揭示空位工程对吸附能的影响，提出缺陷工程用于调控h-BN性能的方法。
2026-02-03 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
Influence of (N,H)-terminated surfaces on stability, hyperfine structure, and zero-field splitting of NV centers in diamond
利用密度泛函理论对金刚石中位于（111）或（100）面附近的带负电荷的氮空位（NV $^-$）缺陷复合体进行了理论分析.我们评估的NV $^-$中心的稳定性和电子性质，并研究它们对表面终止的H：N比的依赖性。分析了NV $^-$心的形成能、电子态密度、超精细结构和零场分裂参数随其到表面的距离和取向的变化。只要表面末端由至少25%的取代氮原子组成，我们在距离表面至少$\sim8$ Angstroem的距离处发现了具有体状性质的稳定NV $^-$中心。我们的研究结果表明，轴向NV中心附近的平坦的100\%的N-终止（111）表面是NV为基础的量子传感应用的最佳选择，因为它们是最小的影响，接近的表面。
2022-02-18 cond-mat.mtrl-sci
Sulfur in diamond and its effect on the creation of nitrogen-vacancy defect from \textit{ab initio} simulations
本文通过杂化密度泛函理论计算金刚石中硫缺陷的形成能与电荷转变能级，揭示了替位硫与硫-空位复合体的竞争对NV中心产生效率的限制机制，并发现两者捕获间隙氢可促进化学气相沉积金刚石中NV中心的形成。
2025-03-08 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Creation of nitrogen-vacancy centers in chemical vapor deposition diamond for sensing applications
金刚石中的氮空位（NV）中心是一个很有前途的量子系统，在其自旋子能级中表现出微小的能量位移的光学读出的磁学应用。NV系综的关键材料要求是高NV $^-$浓度、长自旋相干时间和稳定的电荷状态。然而，这些是相互依赖的，并且在金刚石生长和随后的NV创建期间可能难以优化。本文系统地研究了化学气相沉积金刚石中NV心的形成及其性质。生长期间的氮流量变化超过4个数量级，导致单一替代氮浓度为百万分之0.2-20的宽范围。对于一个固定的氮浓度，我们优化电子辐照通量与两个不同的加速电子能量，我们研究缺陷的形成，通过光学表征。我们讨论了一个一般的方法来确定最佳的照射条件，其中一个增强的NV浓度和最佳的NV电荷状态都可以得到满足。我们实现了自旋-自旋相干时间T $_2$范围从45.5到549 $μ$ s的CVD金刚石含有168至1十亿份NV $^-$中心，分别。这项研究显示了一种途径，以工程师的NV掺杂CVD金刚石的性能，以提高灵敏度。
2021-11-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph quant-ph
Surface transfer doping of hydrogen-terminated diamond probed by shallow nitrogen-vacancy centers
该研究利用不同注量氮离子注入在氢终端金刚石表面下制备浅层NV中心，通过光致发光、ODMR和表面导电性测量，揭示能带弯曲不仅由功函数差决定，还受表面受主有限密度制约，为氢终端金刚石电子器件设计提供关键依据。
2024-08-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Absorption and birefringence study for reduced optical losses in diamond with high NV concentration
金刚石色心如氮空位（NV）中心的使用越来越多地使量子传感和计算应用成为可能。诸如腔耦合和读出、激光阈值磁力测量和多通几何结构等新概念通过增加信号和强光场显著提高了灵敏度和性能。使这些技术的材料特性及其进一步的改进是通过信号光的光学吸收和低双折射的低光学材料损耗。在这里，我们系统地研究了700 nm附近的吸收和双折射的行为，增加氮和NV掺杂，以及它们的行为在NV创建通过金刚石生长，电子束照射和退火处理。吸收与增加氮掺杂，但取代氮似乎并不是直接的吸收。Bi2O3随着氮掺杂的增加而减少。我们确定多个晶体缺陷浓度通过吸收光谱和它们的变化过程中的材料加工步骤，从而确定吸收和双折射的潜在原因，以及战略制造CVD金刚石具有高NV密度，但低吸收和低双折射。
2023-03-14 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Strain broadening of the 1042-nm zero-phonon line of the NV- center in diamond: a promising spectroscopic tool for defect tomography
金刚石中带负电荷的氮空位（NV-）中心在许多量子应用中是有希望的候选者。在这里，我们研究中心的红外（IR）零声子线（ZPL）的分裂和加宽。我们开发了一个模型，这些影响，占光依赖的微观缺陷分布引起的应变。我们应用这个模型来解释所观察到的变化的IR ZPL形状与温度和光激发条件。我们确定了一个异常的温度依赖性的增宽机制和缺陷以外的替代氮中心显着有助于应变增宽。前一个结论表明在中心的单重态能级存在强的Jahn-Teller效应，后者表明加宽的主要来源尚未确定。这些结论对于理解该中心和金刚石量子器件的工程设计具有重要意义。最后，我们建议，红外ZPL可用作探测微观应变场和进行缺陷层析成像的灵敏光谱工具。
2017-01-19 cond-mat.mtrl-sci
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
Single photon emitters in hBN: Limitations of atomic resolution imaging and potential sources of error
TU Vienna（维也纳工业大学）；University of Vienna, Faculty of Physics（维也纳大学物理学院）；University Paris-Saclay, CNRS, Laboratoire de Physique des Solides（巴黎萨克雷大学，法国国家科学研究中心，固体物理实验室）
研究揭示了在六方氮化硼中，原子分辨率成像的局限性及误差来源，指出厚度增加导致的对比度混淆问题。
2025-11-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Exchange coupling in synthetic anion-engineered chromia heterostructures
通过外部因素控制磁状态已经在用于设计低功耗和快速响应的信息存储和处理设备的自旋电子学研究中获得了主流地位。以前，磁性阳离子取代是在本征反铁磁体中诱导铁磁性的常规方法。理论上，阴离子掺杂是改变磁性基态的另一种有效手段。在这里，我们展示了高品质的单相氮氧化铬薄膜的合成使用原位氮掺杂。与反铁磁性单阴离子氧化铬和氮化物相不同，氮氧化铬表现出强大的铁磁性和绝缘状态，如多个磁化探针和理论计算的组合所示。随着氮含量的增加，氮氧化铬的晶体结构由三角相（R3c）向四方相（4mm）转变，饱和磁化强度显著降低。此外，我们通过合成阴离子工程，在氧化铬异质结构中实现了大的可控交换偏置场。这项工作反映了功能氧化物中的阴离子工程在现代磁传感器和读取头的巨磁电阻和隧道结中的潜在应用。
2021-11-20 cond-mat.mtrl-sci
Effect of Te doping in GeSe parent thick film by experimental in situ temperature-dependent structural investigation
本研究通过原位变温X射线表征，发现GeSe厚膜中25 at.% Te掺杂显著降低结晶起始温度并改变结晶相，同时增加局部结构无序度。
2025-01-20 cond-mat.mtrl-sci
Reduction of surface spin-induced electron spin relaxations in nanodiamonds
纳米金刚石具有氮空位中心，在量子传感方面具有广阔的应用前景。长自旋弛豫时间（$T_1$和$T_2$）对于量子应用中的高灵敏度是关键的。已经表明，由于表面自旋引起的磁场波动强烈影响ND中的$T_1$和$T_2$。然而，它们的松弛机制尚未完全理解。本文研究了Nd：YAG晶体中单取代氮杂质（P1）心的$T_1$和$T_2$与表面自旋的关系。位于NV心附近的P1心是研究NV心自旋弛豫过程的理想模型系统。通过采用高频电子顺磁共振（EPR）光谱，我们验证了空气退火去除表面自旋有效，并显着减少其贡献$T_1$。
2020-08-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Charge transfer effects, thermo- and photochromism in single crystal CVD synthetic diamond
本文报道了热处理和紫外辐照对单晶CVD合成金刚石的点缺陷浓度和光吸收曲线的影响。所有的热处理都低于850 K，这低于生长温度，不太可能导致任何结构变化。紫外-可见吸收光谱测量表明，热处理（823 K）后，各种宽吸收功能减少：在270 nm的吸收带（用于推导中性单取代氮（NS 0）浓度），也有两个广泛的功能集中在约360和520 nm。点缺陷中心浓度作为温度的函数也推导出使用电子顺磁共振（EPR）光谱。在~500 K以上，我们观察到NS 0中心的浓度降低，同时带负电荷的氮-空位-氢复合物（NVH \bar）浓度增加。两个跃迁都表现出0.6和1.2 eV之间的活化能，这低于NS 0供体的活化能（~1.7 eV）。最后，发现用强烈的短波紫外光照射样品恢复了NS 0浓度，也恢复了270，360和520 nm的吸收特征。从这些结果中，我们假设一个价带介导的NVH和单氮中心之间的电荷转移过程与NVH的受体陷阱深度为0.6- 1.2 eV。由于NS 0浓度的损失大于NVH \bar浓度的增加，我们还建议存在另一种未知受体，其能量与NVH相似。CVD合成金刚石的颜色在多大程度上取决于先前的历史进行了讨论。
2009-09-07 cond-mat.mtrl-sci
The properties of the nitrogen-vacancy center in milled chemical vapor deposition nanodiamonds
本文通过优化球磨CVD单晶金刚石制备荧光纳米金刚石，证明其NV中心具有接近块材的T1自旋弛豫性质，为可扩展制造高性能量子传感材料提供了新途径。
2025-08-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Diamond-defect engineering of NV- centers using ion beam irradiation
本研究探索MeV离子束辐照对氮掺杂金刚石中NV⁻中心的可控生成作用，通过轻/重离子及不同参数结合退火实现高NV⁻密度且无石墨化，量化了离子束控制空位分布的有效性，为优化金刚石量子磁传感器性能提供方法。
2024-12-04 cond-mat.mtrl-sci physics.acc-ph physics.app-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
Two-dimensional spin systems in PECVD-grown diamond with tunable density and long coherence for enhanced quantum sensing and simulation
本文提出在PECVD金刚石生长中通过delta掺杂工程化二维氮和NV自旋层，实现5-10 ppm·nm的P1密度、1-3.5 ppm·nm的可调NV密度、低至1.6 nm的深度约束和长相干时间，为量子传感与模拟提供可控平台。
2023-01-18 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
