Decoherence of Nitrogen Vacancy Centers in Diamond
我们模型的退相干和退相的氮空位（NV）中心在金刚石由于一个嘈杂的顺磁浴，有和没有一个射频场的存在下，耦合水平的基态电子态歧管，使用一个简单的量子力学模型，允许解析解。该模型处理NV三能级基态系统中存在的波动磁场，从环境中产生的，并导致退相干，退相和耗散。我们表明，所有9个本征模的三能级系统相互耦合，由于与环境的相互作用，我们讨论的拟合实验中，退相干发挥作用的后果。
2015-11-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Enhancing polarization transfer from nitrogen-vacancy centers in diamond to external nuclear spins via dangling bond mediators
本文提出利用金刚石表面悬挂键等局域电子自旋作为介体，结合PulsePol微波序列，实现NV中心到外部核自旋的高效鲁棒极化转移，以提升核磁共振灵敏度。
2024-01-30 quant-ph
Sidebands in Optically Detected Magnetic Resonance Signals of Nitrogen Vacancy Centers in Diamond
我们研究了金刚石中与其他顺磁杂质耦合的带负电荷的氮空位（NV）中心的光学检测磁共振（ODMR）信号的特征。我们的研究结果是重要的理解ODMR线的形状和基于NV中心的设备的优化。我们通过研究它们的磁场和微波功率依赖性来确定未扰动NV磁共振的几个侧面特征的起源。侧共振分离约130 MHz是由于NV中心和最近邻C-13核自旋之间的超精细耦合。分离约{40，260，300} MHz的侧共振被发现起源于同时自旋翻转的NV中心和单取代氮原子。所有结果与理论计算结果一致。
2013-06-06 physics.atom-ph quant-ph
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
Continuous dynamical decoupling of a single diamond nitrogen-vacancy center spin with a mechanical resonator
来自不受控制的环境噪声的不均匀退相可以限制量子传感器或量子比特的相干性。对于诸如金刚石中的氮空位（NV）中心的固态自旋量子位，环境噪声的主要来源是由于附近的顺磁杂质和偏置磁场中的不稳定性引起的磁场波动。在这项工作中，我们使用金刚石机械谐振器产生的交流应力来设计一个修饰的自旋基，其中单个NV中心量子位对其磁环境不太敏感。对于这个保护基的热隔离子空间中的量子位，我们通过施加$Ω=581\pm2$ kHz机械拉比场来延长退相时间$T_2^*$从$2.7\pm0.1$ $μ$ s到$15\pm1$ $μ$ s。此外，我们开发了一个模型，定量预测$Ω$和$T_2^*$之间的关系，在穿着的基础。我们的模型表明，磁场波动和超精细耦合附近的核自旋的组合限制了在这里访问的$Ω$的范围内的保护相干时间。我们发现，振幅噪声在$Ω$将占主导地位的退相较大的驱动场。
2015-10-05 quant-ph
Room-temperature detection of single 20 nm super-paramagnetic nanoparticles with an imaging magnetometer
我们展示了室温下检测单个20 nm的超顺磁性纳米粒子（SPN）的宽视场光学显微镜平台，适合于生物集成。颗粒由磁铁矿（Fe3O4）制成，因此无毒且生物相容。检测是通过使用金刚石中的氮空位缺陷中心的光学检测磁共振成像来完成的，导致DC磁场检测限为2.3 μT。这标志着SPN检测向前迈出了一大步，我们预计它将允许开发能够检测单个分子结合事件的基于磁场的生物传感器。
2014-03-04 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Coherence of Nitrogen-Vacancy Electronic Spin Ensembles in Diamond
本文对室温下高纯金刚石中氮空位色心系综的电子自旋退相干进行了实验和理论研究。在适当的条件下，我们发现系综NV自旋相干时间（T_2）与单个NV相当，对于天然丰度为13 C且顺磁杂质密度约为10^15 cm^（-3）的样品，T_2 > 600微秒。我们还观察到一个急剧下降的相干时间与未对准的静态磁场相对于NV电子自旋轴，与NV耦合到13 C核自旋浴的理论建模一致。由室温NV系综提供的长相干时间和增加的信噪比将有助于NV中心在精密磁力测量和量子信息中的许多应用。
2011-01-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Observation of Ultra-low AC Susceptibility in Micro-magnets Using Quantum Diamond Microscope
本文提出利用基于NV色心的量子金刚石显微镜和相干脉冲序列，对微米级铁磁样品进行交流磁化率成像，实现1微米分辨率与飞焦耳每特斯拉量级磁矩变化检测。
2024-05-22 quant-ph
Nitrogen-vacancy magnetometry of individual Fe-triazole spin crossover nanorods
利用 NV 磁显微镜结合 SEM 与拉曼表征，研究 20–1000 nm Fe-triazole 纳米颗粒及单个纳米棒的 LS 态磁性，发现多数纳米棒呈轻微顺磁性。
2023-06-05 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph quant-ph
Detection of Electron Paramagnetic Resonance of Two Electron Spins Using a Single NV Center in Diamond
本研究利用金刚石中单个NV中心检测两个电子自旋，通过NV-EPR光谱精确确定自旋数量与相互作用强度，为纠缠传感提供了新方法。
2024-10-22 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optically-Trapped Nanodiamond-Relaxometry Detection of Nanomolar Paramagnetic Spins in Aqueous Environments
针对水溶液环境中纳米尺度传感的挑战，提出在光捕获荧光纳米金刚石中利用氮空位中心进行弛豫测量，实现对顺磁离子Gd3+的高度可重复纳摩尔灵敏度检测，并结合理论模型为生物相关条件下的顺磁离子传感奠定基础。
2024-11-20 physics.bio-ph quant-ph
Magnetic Relaxometry of Methemoglobin by Widefield Nitrogen-Vacancy Microscopy
本文利用掺杂浅层高密度氮空位自旋量子比特的金刚石，通过宽场NV磁弛豫测量检测高铁血红蛋白中铁自旋，发现其浓度升高会显著增大NV弛豫率，证明NV量子传感器可在低于100皮升体积内检测生物分子顺磁中心。
2024-10-22 physics.bio-ph quant-ph
Towards a quantum interface between spin waves and paramagnetic spin baths
自旋波作为下一代信息技术的候选信息载体已经崛起。最近的实验证明，他们的检测使用电子自旋在金刚石铺平了道路，对研究的反作用的一个可控的顺磁自旋浴上的自旋波。在这里，我们提出了一个量子理论描述自旋波和顺磁自旋之间的相互作用。作为一个案例研究，我们考虑了氮空位自旋在金刚石附近的钇铁石榴石薄膜的合奏。我们展示了如何在强大的和可调的修改自旋波谱和传播特性的合奏结果的反作用。这些修改包括自旋波传播的完全抑制，并在不同的参数制度，其传播长度的增强$\sim 50\%$。此外，我们展示了如何自旋波的热波动引起的可测量的频率偏移的顺磁自旋在浴。这种偏移导致可以用金刚石机械谐振器光学地和/或机械地测量的热色散力。此外，我们用我们的理论来计算自旋波介导的自旋之间的相互作用在浴缸。我们表明，所有上述影响是可衡量的国家的最先进的实验。我们的研究结果为描述自旋波和自旋浴的混合量子系统提供了理论基础，并建立了量子自旋作为自旋电子学的主动控制，传感和接口工具的潜力。
2020-12-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
High nitrogen-vacancy density diamonds for magnetometry applications
通过辐照和不同条件下的退火，在毫米级金刚石样品中产生了氮空位（NV）中心。这些样品的光学和自旋弛豫特性，其特征在于使用共聚焦显微镜，可见光和红外吸收，和光学检测磁共振。NV-浓度最高的样品约为16 ppm = 2.8 x 10^{18} cm^{-3}，制备时没有可观察到的中性电荷空位缺陷痕迹。该样品的有效横向自旋弛豫时间为T2* = 118（48）ns，主要受测定浓度为52（7）ppm的残留顺磁性氮的限制。在理想条件下，对于基于该样品的100微米尺度磁力计，散粒噪声限制灵敏度预计为~150 fT/ \sqrt{Hz}。制备并表征了NV-浓度为0.007至12 ppm且有效弛豫时间为27至291 ns的其他样品。
2009-07-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.ins-det
Quenching Spin Decoherence in Diamond through Spin Bath Polarization
我们的实验表明，自旋的退相干由纺丝浴可以完全消除完全极化的纺丝浴。我们用240 GHz和8 Tesla的电子顺磁共振研究了金刚石中氮空位中心和氮杂质从室温到1.3 K的自旋相干时间$T_2$。在低于塞曼能（11.5 K）时观察到$T_2$的急剧增加。的数据很好地描述了由于热自旋极化的触发器引起的自旋浴波动的抑制。$T_2$在低于2 K的$\sim 250 μs$下饱和，其中纺丝浴极化为99.4%。
2008-04-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Parallel accelerated electron paramagnetic resonance spectroscopy using diamond sensors
利用钻石传感器实现零场交叉弛豫EPR光谱学，提高集体NV中心的EPR测量效率和鲁棒性。
2025-12-10 physics.bio-ph physics.chem-ph quant-ph
Improving the Energy and Angular Resolutions of X-ray Telescopes with Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond
提出一种集成金属磁微热量计阵列与金刚石氮-空位中心的焦平面探测器，通过同步光学读出提升X射线望远镜分辨率，实现0.17角秒角分辨率与0.70 eV能量分辨率，且无需低温多路复用电子设备即可扩展。
2025-11-04 astro-ph.IM quant-ph
Sensitive detection of level anti-crossing spectra of nitrogen-vacancy centers in diamond
本文报道了金刚石单晶中NV $^-$中心（带负电荷的氮空位中心）光致发光的磁场依赖性研究。在这种磁场依赖性中，观察到了电子-核自旋耦合系统中的能级反交叉（LACs）的特征。对于这种LAC线的灵敏检测，我们使用锁定检测来测量光致发光强度。这种实验技术使我们能够获得新的LAC系。此外，还发现LAC谱线对调制频率有很强的依赖性，当调制频率从12 kHz降低到17 Hz时，LAC谱线的振幅增加了约两个数量级。为了定量地解释这种效应，我们提出了一个理论模型，它描述了在振荡外磁场作用下电子-核自旋耦合系统的自旋动力学.实验和理论之间的良好的一致性使我们能够得出这样的结论，所观察到的效果是源于相干的自旋极化交换在一个耦合的自旋系统，包括自旋极化的NV $^-$中心。我们的研究结果是非常实际的重要性，允许一个优化的实验条件，探测LAC衍生线在金刚石晶体包括NV $^-$中心和间接检测和识别其他顺磁缺陷中心。
2017-03-21 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
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
13C dynamic nuclear polarization in diamond via a microwave-free 'integrated' cross effect
色心承载半导体正在成为在室温或接近室温下用于低场动态核极化（DNP）的有前途的源材料，但是超精细加宽、对磁场不均匀性的敏感性以及由其他顺磁缺陷引起的核自旋弛豫设置了难以规避的实际限制。在这里，我们探索了一种替代路线，色心辅助DNP使用氮空位（NV）中心的钻石耦合到替代氮杂质，所谓的P1中心。在水平反交叉条件附近工作-其中P1塞曼分裂匹配NV自旋跃迁之一-我们通过使用连续的磁场扫描和连续的光激发证明了有效的无微波13 C DNP。极化的幅度和符号可以通过调节每个周期中的低到高和高到低磁场扫描速率来控制，使得一个比另一个快得多。通过比较不同晶体取向的13 C DNP响应，我们表明该过程对磁场/NV未对准是稳健的，这一特征使得本技术适用于金刚石粉末和场不均匀的设置。应用于浅NV可以利用表面顺磁缺陷和外部核之间的更大物理接近性，以有效地包裹与金刚石晶体接触的目标样品。
2019-09-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Mitigation of Nitrogen Vacancy Ionization from Material Integration for Quantum Sensing
本文针对金刚石NV色心在量子材料传感中因金属-半导体界面能带弯曲而电离失敏的问题，提出沉积氧化铝绝缘层优化界面，使灵敏度提升最高2倍、积分时间缩短至四分之一。
2023-04-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Two-electron-spin ratchets as a platform for microwave-free dynamic nuclear polarization of arbitrary material targets
半导体粉末中的光泵浦色心可以潜在地在环境条件下或接近环境条件下在周围的固体或流体中诱导高水平的核自旋极化，但是源于颗粒的随机取向和未极化的顺磁性缺陷的存在的复杂性阻碍了极化流超出缺陷的主体材料。本文从理论上研究了金刚石中相互作用的氮空位（NV）中心和置换氮（P1）中心的自旋动力学，证明了当磁场扫过NV-P1能级反交叉时，外部质子的自旋能有效地进行反交叉。这个过程可以用NV-P1自旋棘轮来解释，它的旋向--以及由此产生的核极化的符号--取决于光激发脉冲的相对定时。此外，我们发现，极化转移机制是强大的NV不对准相对于外部磁场，有效的电子-电子和电子-核自旋耦合的广泛范围内，即使代理自旋功能短的相干性或自旋晶格弛豫时间。因此，这些结果铺平了道路走向的动态核极化的任意自旋目标在环境条件下接近金刚石粉末。
2019-04-18 quant-ph
Double electron resonance with two ensembles of nitrogen-vacancy centers in diamond
针对金刚石中氮空位（NV）中心相互作用了解不足的问题，本文利用动态双电子-电子共振序列系统研究NV-NV相互作用，观测其退相干特性，发现衰减速率可可靠指示浴自旋浓度，为NV传感器优化提供依据。
2025-10-20 physics.atm-clus quant-ph
Magnetic-Torque Enhanced by Tunable Dipolar interactions
我们利用金刚石中氮空位（NV）中心自旋之间的可调偶极相互作用来旋转金刚石晶体。具体来说，我们采用交叉弛豫之间的电子自旋的NV中心对被困的金刚石，以提高各向异性NV顺磁性，从而增加相关的自旋扭矩。我们的观察打开了一条道路，使用机械振荡器检测顺磁缺陷，缺乏光学跃迁，调查角动量守恒的自旋弛豫过程和冷却机械振荡器的运动的新手段。
2021-03-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Sub-second Temporal Magnetic Field Microscopy Using Quantum Defects in Diamond
通过探测金刚石中氮空位（NV）缺陷中心的光探测磁共振（ODMR）谱的位移，实现了宽视场磁场显微术。然而，这些宽场金刚石NV磁力计需要几分钟到几分钟的采集来获得单个磁场图像，使得该技术在其当前形式下暂时静止。这种限制阻止了金刚石NV磁力计应用于动态变化的微尺度磁场过程的新成像。在这里，我们表明，磁场成像帧速率可以显着提高通过执行锁定检测NV光致发光（PL），同时在多个像素的锁定相机。一个详细的协议，用于同步的频率调制PL的NV中心与快速相机帧解调，在几千赫兹的频率，已被实验证明。该实验技术允许以每秒50至200帧（fps）范围内的成像帧速率对平面微线圈中的亚秒级变化的微尺度电流进行磁场成像。我们的工作表明，宽场每像素锁定检测频率调制的NV ODMR，使动态磁场显微镜。
2022-02-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
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
$^{13}$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
Angle Locking of a Levitating Diamond using Spin-Diamagnetism
纳米或微米金刚石中的带负电荷的氮空位（NV）中心已经成为一种有前途的磁场传感器，作为超极化顺磁物质的候选者，以及在纳米尺度下自旋力学的工具。然而，NV掺杂的金刚石目前不能直接用于液体中的这些应用，或者当在大气压力下悬浮时，由于随机角布朗运动，其倾向于在测量过程中旋转NV量化轴。在这里，我们报告的角度锁定的晶体轴被困的微型金刚石沿外部磁场。具体来说，我们使用自旋粒子数反转后的基态水平交叉的NV中心，把钻石成diamagnet。在没有微波的情况下，金刚石晶轴以高精度自然地与磁场对准，为生物学和自旋机械平台的应用提供了光明的前景。
2021-10-28 quant-ph
All-optical sensing of a single-molecule electron spin
我们展示了一种在室温下的环境条件下对单个分子进行磁传感的全光学方法。我们的方法是基于浅氮空位（NV）中心附近的金刚石晶体，我们用它来检测单顺磁性分子共价连接到金刚石表面的表面。NV中心的操纵和读出是全光学的，并且提供了源自所附分子的电子自旋的动力学的磁场波动的灵敏探针。作为一个具体的例子，我们证明了一个单一的顺磁性分子含有钆（Gd $^{3+}$）离子的检测。我们确认单分子分辨率使用光学荧光和原子力显微镜共定位一个NV中心和一个Gd $^{3+}$ -含有分子。可能的应用包括纳米级和体内磁光谱和单个分子的成像。
2013-11-07 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph physics.bio-ph
Electrical Readout of Spin Environments in Diamond for Quantum Sensing
本文提出全电学PC-DEER方法，将NV色心光电流读出扩展至自旋浴控制与相干操控，实现P1和NVH缺陷分辨及噪声表征，为可集成固态量子传感提供无光学方案。
2025-09-30 physics.atom-ph quant-ph
AC susceptometry of 2D van der Waals magnets enabled by the coherent control of quantum sensors
精密磁力测量是开发新型磁性材料和器件的基础。最近，金刚石中的氮空位（NV）中心已成为二维范德华材料中静态磁性的一个有前途的探针，能够以纳米级空间分辨率进行定量成像。然而，磁性的动态特性，理解磁相变和实现技术应用的关键，很少在单一的2D晶体的实验访问。在这里，我们相干控制NV中心的自旋进动，以实现超灵敏，定量的二维铁磁体的交流阻抗。结合直流磁滞与交流磁化率测量不同的温度，场，和频率，我们照亮了磁畴墙的形成，流动性和巩固在几层CrBr 3。我们发现，畴壁流动性增强，在CrCrBr3，与最小的减少超过数百千赫兹的激发频率，并受畴形态和局部钉扎的薄片。我们的技术扩展了NV磁力测量的多功能交流和直流磁表征的范围广泛的自旋电子材料在纳米级。
2021-05-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Probing the fluctuating magnetic field of Fe-triazole spin-crossover thin-layers with nitrogen-vacancy centers in diamond
本研究针对Fe-三唑自旋交叉薄层的磁探测需求，采用金刚石氮空位中心量子磁强计，在室温下通过$T_1$、$T_2$测量及宽场技术，揭示其顺磁特性、波动磁场规律及结构变化的主导作用，突显NV中心的传感能力并指出自旋切换观测的挑战。
2024-11-15 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Materials and Spin Characteristics of Nanodiamonds Partially Covered with Amino Groups and Embedded with Nitrogen-Vacancy Color Centers
HUN-REN Wigner Research Centre for Physics（匈牙利科学院维格纳物理研究中心）；Budapest University of Technology and Economics（布达佩斯技术与经济大学）；Institute of Technical Physics and Materials Science, HUN-REN Centre for Energy Research（匈牙利科学院能源研究中心技术物理与材料科学研究所）
该研究探究不同尺寸、羟基或氨基封端的含氮-空位色心荧光纳米金刚石的自旋特性，明确零场分裂参数的尺寸依赖规律，发现140nm氨基封端样品可实现高且功率无关的NV(-)含量。
2026-08-26 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Fast, broad-band magnetic resonance spectroscopy with diamond widefield relaxometry
我们提出了一种替代传统的电子顺磁共振（EPR）光谱设备。避免使用笨重的磁体和磁控管设备，我们使用金刚石表面氮空位中心系综的光致发光。监测它们的弛豫时间（或T1），我们检测到它们与感兴趣的化合物的交叉弛豫。此外，EPR谱通过局部磁场梯度进行编码。虽然记录以前的数据需要12分钟，每个数据点与个别的NV中心，我们能够重建一个完整的光谱在$3\; \textrm{seconds}$一次，在范围从$3$到$11\; \textrm{Gauss}$。在灵敏度方面，仅需要$1\; μ\textrm{M}$六水合铜（II）离子溶液的$0.5\; μ\textrm{L}$。
2023-03-07 physics.app-ph quant-ph
All-in-one Quantum Diamond Microscope for Sensor Characterization
本文提出一种一体化量子金刚石显微镜，可同时成像并关联毫米级NV金刚石芯片的多种关键性质，包括光致发光、自旋弛豫时间、相干寿命及晶格应力与双折射，用于传感器表征。
2024-04-18 physics.ins-det physics.optics quant-ph
High-Field EPR/ENDOR of N/Be Centers for Defect Engineering in 6H-SiC
Institute of Physics, Kazan Federal University（喀山联邦大学物理研究所）；Ioffe Institute（约费研究所）；Higher School of Cybertechnology, Mathematics and Statistics, Plekhanov Russian University of Economics（普列汉诺夫俄罗斯经济大学网络技术与数学统计高等学院）
本研究通过高场EPR/ENDOR表征6H-SiC中氮/铍中心，明确其自旋特性与电子核相互作用，证实双杂质掺杂可保持晶格结构，为SiC缺陷工程及量子技术应用提供依据。
2026-07-31 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Nanodiamonds based optical-fiber quantum probe for magnetic field and biological sensing
金刚石中的氮空位中心由于其独特的电子自旋性质，已成为一种强有力的量子传感器，可用于测量各种物理参数和生物物种。在这项工作中，一个微型光纤量子探针，配置通过化学改性纳米金刚石NV中心的锥形光纤尖端的表面上，开发。基于连续波光检测磁共振方法和锁相放大技术，发现在化学修饰过程中，通过改变纳米金刚石的分散浓度和修饰时间，可以设计探针的传感性能。结合一对磁通量集中器，探针的磁场检测灵敏度显著提高到0.57 nT/Hz 1/2@1 Hz，这是基于纳米金刚石NV的光纤磁力计中的新记录。以Gd ~（3+）为例，实验验证了该探针对顺磁粒子的探测能力。我们的工作为NV中心作为量子探针的开发提供了一种新的途径，具有高集成度、微型化、多功能、高灵敏度等特点。
2022-02-25 physics.optics quant-ph
Temperature dependent coherence properties of NV ensemble in diamond up to 600K
金刚石中的氮空位（NV）心具有优良的光学和相干特性，是量子传感器的理想候选材料。然而，以前的研究通常在低温或室温下进行。对NV中心高温相干性质的认识不足限制了NV的进一步应用。在这里，我们系统地探讨了温度从300 K到600 K的NV中心系综的相干性质。相干时间$T_2$从300 K时的$184 μs$迅速减小到600 K时的$30 μs$，这归因于与顺磁性杂质的相互作用。单量子和双量子弛豫速率也表现出明显的温度依赖性，且均受双声子拉曼过程的控制。而非均匀退相时间$T_2^*$和热回波退相干时间$T_{TE}$随温度升高几乎保持不变。由于$T_{TE}$随温度升高而略有变化，因此热回波温度计在450 K时具有$41 mK/\sqrt{Hz}$的灵敏度。这些发现将有助于为基于NV的高温传感铺平道路，并更全面地了解固态量子比特中退相干的起源。
2021-02-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Isotropic Nanoscale Quantum Sensor at Room-Temperature
Leipzig University（莱比锡大学）；Felix-Bloch Institute for Solid State Physics, Leipzig University（莱比锡大学菲利克斯·布洛赫固体物理研究所）；Leibniz Institute of Surface Engineering（莱布尼茨表面工程研究所）
该研究利用金刚石中的中性氮-空位中心（NV⁰）开发了室温各向同性纳米级量子传感器，解决了传统色心量子传感器的离轴信号损失问题，可实现任意磁场方向的高灵敏度磁力测量，适用于生命科学与量子材料领域的纳米级磁力测绘。
2026-08-28 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Characterizing the magnetic noise power spectrum of dark spins in diamond
本文针对固态自旋量子比特相干时间受暗自旋浴限制的问题，用pEPR-CPMG动态解耦技术直接测量金刚石P1中心磁噪声功率谱，揭示其特征并开发高频表征技术，为量子金刚石制备及纳米磁测量提供支撑。
2024-08-12 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Orientation independent room-temperature optical 13C hyperpolarization in powdered diamond
通过与电子自旋接触的动态核极化已经成为一种有吸引力的途径，以提高核磁共振（NMR）的灵敏度，超过由磁场强度和温度施加的传统限制。在各种替代实施方案中，在金刚石中使用氮空位（NV）中心--其自旋可以在室温下光学偏振的顺磁点缺陷--已经引起了广泛的关注，但是应用受到了将NV轴与外部磁场对准的需要的阻碍。在这里，我们克服了这个障碍，通过连续的光学照明和微波扫描在一个广泛的频率范围内的组合使用。作为原理的证明，我们使用粉末金刚石演示了我们的方法，在环境条件下，我们获得了超过0.25%的体13 C自旋极化。值得注意的是，我们的技术有效地作用于所有方向的金刚石晶体，并使核自旋极化，其符号完全取决于微波扫描的方向。我们的工作为使用超极化金刚石颗粒作为生物传感的成像对比剂铺平了道路，并最终为与其表面接触的任意液体中的核自旋的超极化铺平了道路。
2018-06-26 physics.app-ph physics.atom-ph quant-ph
Prospects for Ultralow-Mass Nuclear Magnetic Resonance using Spin Defects in Hexagonal Boron Nitride
本文提出利用六方氮化硼中带负电硼空位（$V_B^-$）作为纳米核磁共振传感器，克服了NV中心近表面性能退化问题，设计了测量协议并评估了其性能，为超低质量核磁共振提供了新方案。
2025-05-01 physics.app-ph quant-ph
