From the artificial atom to the Kondo-Anderson model: orientation dependent magneto-photoluminescence of charged excitons in InAs quantum dots
本文对InAs/GaAs量子点中的中性激子和带电激子进行了磁光致发光研究。我们的调查依赖于一个共焦显微镜，允许任意调整之间的角度施加的磁场和样品生长轴。首先，从中性激子和trions的实验中，我们提取的电子和空穴在s-壳层的Landé张量的面内和轴上的分量。然后，基于双负电荷激子磁光致发光，我们表明，p电子波函数扩展到GaAs势垒显着。我们还表明，p-电子g-因子取决于在s-壳层中的空穴的存在。由于量子点电子态与润湿层之间的耦合，三重带负电荷的激子光致发光的磁场依赖性表现出几个反交叉。最后，我们讨论了当磁场的取向从Faraday几何变为Voigt几何时，系统如何从Kondo-Anderson激子描述演化到人工原子模型。
2013-05-24 cond-mat.mes-hall
Photoluminescence of silicon-vacancy defects in nanodiamonds of different chondrites
光致发光光谱表明，硅杂质存在于一些纳米金刚石颗粒（ND）的晶格中的硅空位（SiV）的缺陷。富金刚石分离物中SiV带的相对强度取决于陨石的化学成分和ND颗粒的大小。最强的信号被发现的尺寸分离富集在小晶粒，从而证实了我们早先的结论，SiV缺陷优先驻留在最小的（小于2 nm）的晶粒。个别陨石富含钻石的分离物中SiV发光的相对强度的差异是由于其母体的热变质和/或纳米金刚石种群的不均匀采样的可变条件。在空气中退火可以消除SiV表面的sp2-碳，从而增强SiV的发光。SiV缺陷的强且明确的发光和吸收是在太空中定位冷（< 250 °C）纳米金刚石的有希望的特征。
2015-02-27 astro-ph.EP astro-ph.SR cond-mat.mes-hall
Mechanism of Oleic Acid-Mediated Sulfur Vacancy Healing in monolayer WS$_2$
本研究揭示了油酸处理通过提供取代氧愈合单层WS$_2$硫空位以增强光致发光产率的机制，并基于密度泛函理论阐明了该过程，为过渡金属硫族化物的氧掺杂提供了新途径。
2025-01-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Highly-tunable formation of nitrogen-vacancy centers via ion implantation
我们展示了高度可调的氮空位（NV）中心的形成，使用20 keV的15 N+离子注入通过阵列的高分辨率的电子束光刻制作的孔。通过改变孔径（从80到240 nm），以及平均离子注量（从5 x 10^10到2 x 10^11个离子/cm ^2），我们可以控制每个孔径的离子数量。我们分析了不同的注入参数在多个网站上的光致发光，并获得离子到NV的转换产率为6%至7%，在所有离子注量一致。注入的NV中心具有自旋退相时间T2* ~ 3微秒，与具有天然丰度13 C的高纯度金刚石中天然存在的NV中心相当。通过这项技术，我们可以确定性地控制每个孔径中NV中心的布居分布，从而可以研究单个或耦合NV中心及其集成到光子结构中。
2014-08-26 cond-mat.mes-hall
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
Microwave-free vector magnetometry with nitrogen-vacancy centers along a single axis in diamond
矢量磁场的检测在基础物理、生物成像和材料科学中有着重要的应用。利用氮空位（NV）中心的磁场传感器特别引人注目，因为它们即使在纳米级也能提供高灵敏度和空间分辨率。然而，实现矢量磁力测量通常需要顺序或同时施加微波，这限制了传感器在低温下的应用。在这里，我们提出并证明了微波免费矢量磁强计，同时测量所有的笛卡尔分量的磁场使用NV合奏钻石。特别地，本磁力计利用在102.4 mT的三重态基态中的水平反交叉，允许测量具有从零到兆赫范围的宽带宽的纵向场和横向场。通过沿优先NV轴和在横向平面中调制场以及随后的信号解调来提供全矢量感测能力。该传感器在所有方向上的均方根本底噪声约为300 pT/Hz^（1/2）。本技术广泛适用于整体传感器和潜在的单NV传感器，将矢量能力扩展到环境温度下的纳米级测量。
2020-04-14 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Photoluminescence decomposition analysis: a technique to characterize NV creation in diamond
通过电子辐照和退火处理实验室生长的金刚石，使得基于带负电荷的氮空位（NV $^\text{-}$）中心的量子传感器能够表现出记录灵敏度。\cite{Clevenson2015,Wolf2015,Barry2016,Chatzidrosos2017}。在这里，我们调查的照射和退火过程中应用到28金刚石样品使用一种新的环境温度，全光学方法。由于中性电荷氮空位（NV $^\text{0}$）中心的存在对传感器性能有害，因此首先采用光致发光分解分析（PDA）从测量的光致发光光谱确定金刚石样品中NV $^\text{-}$与NV $^0$的浓度比。分析取决于（i）分离每个NV电荷态的发射光谱和（ii）测量NV $^\text{-}$与NV $^0$的发射比，发现在低强度532 nm照射下其为2.5 $\pm$ ± 0.5。使用PDA方法，我们测量了辐照和退火对取代氮转换为NV中心的影响。将这些测量结果与金刚石辐照和退火的唯象模型相结合，我们得到了在850~$^\circ$ C下，1 MeV电子辐照下的单空位产生率估计值为$0.52\pm 0.26$ cm $^{\text{-1}}$，单空位扩散系数估计值为1.8 nm $^2$/s。最后，我们发现，辐照剂量$\gtrsim 10^{18}$ e $^\text{-}$/cm $^2$恶化NV $^\text{-}$退相干时间$T_2$，而$…
2019-06-27 cond-mat.mes-hall 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
Microwave-free wide-field magnetometry using nitrogen-vacancy centers
本文提出一种无需微波的宽场磁力计，利用金刚石中NV中心在基态能级反交叉附近的磁敏感特性，实现了微米级空间分辨率的生物或导电样品磁成像，并能提取施加场的矢量信息。
2023-10-25 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Experimental characterization of spin-3/2 silicon vacancy centers in 6H-SiC
碳化硅（SiC）具有许多有趣的缺陷，这些缺陷可能用作一系列先进量子技术的量子位。它们中的一些具有非常有趣的特性，使它们具有潜在的用途，例如作为静止和飞行量子位之间的接口。在这里，我们提出了一个详细的概述的自旋在硅空位的6 H-SiC多型的相关属性。这包括温度相关的光致发光，光学检测的磁共振，和自旋的纵向和横向分量的弛豫时间，在自由进动以及不同的重新聚焦方案的影响下。
2020-04-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Local control of a single nitrogen-vacancy center by nanoscale engineered magnetic domain wall motions
该研究利用纳米尺度可重构磁畴壁运动调控单个NV中心的局域磁场，实现其光致发光、能级与相干时间的可靠控制，并关联器件磁输运，为混合量子自旋电子学接口提供平台。
2023-11-21 cond-mat.mes-hall
Energy level structure of diamond silicon vacancy centers in an off-axis magnetic field
提出一种结合理论模型、光致发光激发谱与相干布居囚禁测量的方法，用于提取离轴磁场下单个 SiV 中心的关键能级参数并验证轨道磁耦合差异。
2024-12-02 cond-mat.mes-hall
Impurity-enhanced Aharonov-Bohm effect in neutral quantum-ring magnetoexcitons
研究了杂质散射对极化磁激子光致发光的影响。我们考虑电子和空穴都被限制在环结构（量子环）以及II型量子点上的系统。尽管激子具有中性性质，但在磁场存在下，激子表现出能量和振子强度的强调制。散射杂质增强了PL强度，否则“暗”磁场窗口和非零PL发射出现了一个广泛的磁场范围内，即使在零温度。对于更高的温度，杂质诱导的激子光谱上的反交叉导致PL强度作为磁场的函数的意想不到的峰和谷。这种行为在理想系统中是不存在的，可以解释最近实验结果中的突出特征。
2004-03-02 cond-mat.mes-hall
Photoluminescence from voids created by femtosecond laser pulses inside cubic-BN
在紫外和可见光激发下，研究了飞秒激光对立方氮化硼（c-BN）表面改性区域的光致发光（PL）特性。观察到红光区明亮的光致发光，典型的激发态寿命为$\sim 4$ ~ns。尖锐的发射线是一致的PL固有的电子振动缺陷链接到氮空位形成（通过弗伦克尔对）观察到较早的高能电子辐照和离子注入的c-BN。这些，以前被称为辐射中心，RC 1，RC 2和RC 3已被确定在由单个fs激光脉冲形成的空隙的轨迹。该方法有望在c-BN中设计用于光子应用的色心。
2015-10-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Identification of different silicon vacancy centers in 6H-SiC
碳化硅（SiC）中的硅空位已被提出作为量子技术应用（诸如量子传感和量子中继器）的感兴趣的候选者。SiC以多种多型体存在，具有不同的平面堆积顺序，并且在每种多型体中，空位可以占据各种不同的晶格位置。在这项工作中，我们的特点和确定的三个最重要的带电硅空位在6 H-SiC多型体。在不同的射频功率水平和不同的温度下，我们记录了光致发光和连续波光学检测的磁共振谱。我们分别选择不同的硅空位在低温下的零声子线，并记录相应的光检测磁共振（ODMR）谱。ODMR使我们能够关联光学和磁共振光谱，从而解决了早期工作中的争议。
2022-12-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Microwave-free magnetometry with nitrogen-vacancy centers in diamond
我们利用带负电荷的氮空位中心的光致发光中的磁场依赖性特征来测量磁场，而不使用微波。特别是，我们提出了一个磁力计的基础上的水平反交叉在三重基态在102.4 mT的6 nT/ $\sqrt{\text{Hz}}$，由激光的强度噪声和背景场电源的性能的限制，证明了本底噪声。这里提出的技术可用于传感器靠近导电材料放置的应用，例如磁感应断层扫描或磁场测绘，以及遥感应用，因为原则上不需要电接入。
2016-06-09 cond-mat.mes-hall physics.ins-det physics.optics
Magnetic imaging with an ensemble of Nitrogen Vacancy centers in diamond
金刚石中的氮空位色心是一种固态的类原子体系，其特殊的自旋性质可以有效地用作灵敏的磁传感器。外部磁场诱导NV中心能级的塞曼位移，其可以使用光学检测磁共振（ODMR）来测量。在这项工作中，我们利用NV中心的合奏的ODMR信号，以定量映射的磁场的矢量结构所产生的样品靠近表面的CVD金刚石托管的NV中心的薄层。磁场的重建是基于最大似然技术，该技术利用了金刚石晶格内的NV中心的四个固有取向的响应。与掺杂层的1 μm^2面积相关的灵敏度（相当于由大约10^4个NV中心组成的传感器）为2 μT/sqrt{Hz}的量级。成像装置的空间分辨率为400 nm，受限于用于收集NV层的光致发光的光学显微镜的数值孔径。该传感器的多功能性是由沉积在金刚石样品上的铜线内的直流电流产生的磁场的精确重建说明。
2015-06-04 cond-mat.mes-hall
Electron-spin double resonance of nitrogen-vacancy centers in diamond under strong driving field
本文通过Floquet理论分析强射频场下NV中心的电子自旋双共振谱，揭示反交叉结构源于双射频光子共振及非故意直流偏置磁场允许的$2n$射频光子共振，为宽动态范围MHz级交流磁测量和开放量子系统Floquet工程提供支持。
2023-03-08 cond-mat.mes-hall 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
Amplified Sensitivity of Nitrogen-Vacancy Spins in Nanodiamonds using All-Optical Charge Readout
含有氮空位（NV）中心的纳米金刚石为从纳米磁性到细胞过程的体内监测的传感应用提供了一个通用平台。然而，在许多情况下，弱的光学信号和差的对比度需要很长的采集时间，从而阻碍了环境动态的测量。在这里，我们证明了能够执行快速，高对比度的光学测量的电荷分布在合奏的NV中心在纳米金刚石和使用的技术，以提高自旋读出信噪比，通过自旋-电荷转换。对38个纳米金刚石的研究，每个纳米金刚石拥有10-15个平均直径为40 nm的NV中心，揭示了由于辐射和非辐射电离和复合过程而引起的复杂的多时间尺度动力学。尽管如此，纳米金刚石普遍表现出电荷依赖的光致发光对比度和使用自旋-电荷转换增强自旋读出的潜力。我们使用的技术，以加快$T_1$弛豫测量的五倍。
2017-09-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
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
Bright $\mathrm{\textit{ab-initio}}$ photoluminescence of NV+ in diamond
金刚石中带正电荷的氮空位（NV+）中心由于实验上缺乏光学特征，传统上被视为暗态。最近的计算研究表明，它是可能的NV+缺陷有一个激发态过渡相当于带负电荷的（NV-）中心，但没有PL预测已报告到目前为止。我们报告的第一个$\mathrm{\textit{ab-initio}}$计算表明，NV+中心呈现量子发射，在765 nm处具有零声子线和非零跃迁偶极矩，约为NV-的跃迁偶极矩的4倍。我们根据含时密度泛函理论（单重态和三重态E态）计算了多电子态的能级，并使用我们最近开发的频率截止方法，我们预测了完整的PL谱。我们的研究结果表明，这种状态不能被认为是本质上的“黑暗”和电荷特定的猝灭机制应作为缺乏光学活性的实验表征的原因进行调查。
2021-08-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Low-Temperature Spectroscopic Investigation of Lead-Vacancy Centers in Diamond Fabricated by High-Pressure and High-Temperature Treatment
本文报道了在高压（7.7GPa）下用Pb离子注入和随后的高温退火（2100 °C）制备的金刚石中铅空位（PbV）中心的光学观察。在5.7K以下的不同温度下，通过光致发光表征了它们的光学性质。我们观察到强烈的发射峰在550和554 nm的大分裂约3900 GHz。这两条线被认为对应于具有分裂基态和激发态的PbV中心的零声子线（ZPL）。观察到ZPL宽度的立方趋势，而变化的温度。我们在一个单一的PbV中心的两条线进行极化测量，显示出几乎正交的偶极极化。这些光学测量强烈表明，PbV中心具有D3d对称性的金刚石晶格。所观察到的大的基态分裂显著抑制了声子介导的跃迁，这导致金刚石中IV族色心的电子自旋态的退相干，预期在约8 K的温度下的长的自旋相干时间。
2021-06-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Imaging graphene field-effect transistors on diamond using nitrogen-vacancy microscopy
已经提出了基于金刚石中的氮空位（NV）传感器的集合体的成像技术应用于微电子器件，但是NV感测与操作门控器件的兼容性仍然在很大程度上未被探索。在这里，我们直接在金刚石表面上制造石墨烯场效应晶体管（GFET），并通过NV显微镜对其进行观察。门控石墨烯内的电流密度是根据NV磁力测量法在主要是p型和n型掺杂下重建的，但发现确切的掺杂水平受到测量的影响。此外，我们观察到一个令人惊讶的大调制的电场在金刚石表面下施加的栅极电位，看到在NV光致发光和NV电测量，表明氧化物-石墨烯-金刚石结构的复杂的静电响应。可能的解决方案，以减轻这些影响进行了讨论。
2019-05-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Mechanical photoluminescence excitation spectra of a strongly driven spin-mechanical system
实验研究了NV中心与金刚石悬臂耦合的自旋-机械系统，发现强机械驱动下其光致发光激发光谱出现对应悬臂转折点的双锐峰，且对微小机械失谐的敏感性极大增强，为质量传感等机械传感提供了有效机制。
2023-04-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Plasma treatments and photonic nanostructures for shallow nitrogen vacancy centers in diamond
我们研究了等离子体处理，特别是0 V偏压，潜在的低损伤O $_2$等离子体以及偏置Ar/SF $_6$ /O $_2$等离子体对浅，负氮空位（NV $^-$）中心的影响。我们使用纯电感耦合的0 V偏压等离子体进行点火和维持。为此，我们对高纯度化学气相沉积单晶金刚石（SCD）的表面进行预处理。随后，我们通过注入和退火产生$\sim$ 10 nm深的NV $^-$中心。在退火的SCD表面上，我们制造了纳米柱结构，其有效地波导浅NV $^-$的光致发光（PL）。表征这些纳米柱内的单个NV $^-$，我们发现Ar/SF $_6$ /O $_2$等离子体处理淬灭NV $^-$ PL，即使考虑到离子注入后的退火和清洁步骤去除任何表面终止。相比之下，对于我们的0 V偏压以及偏压O $_2$等离子体，我们观察到稳定的NV $^-$ PL和来自光子纳米结构的低背景荧光。
2019-11-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Multi-shot readout error benchmark of the nitrogen-vacancy center's electronic qubit
本研究计算了金刚石氮空位中心电子量子比特多重读取误差随参数的变化，提出以系数Δ作为误差基准，并分析背景光子、光子损失和初始化误差的影响，为硬件优化提供指导。
2025-05-23 cond-mat.mes-hall quant-ph
Direct determination of zero-field splitting for single Co$^{2+}$ ion embedded in a CdTe/ZnTe quantum dot
当$^{2+}$杂质嵌入半导体结构中时，晶体应变强烈影响自旋投影为$S_z = \pm 3/2$和$S_z = \pm 1/2$的CoPDMATHABMM态之间的零场分裂.这种效应的实验证据已经在以前的研究中给出，但直接测量的应变引起的零场分裂一直无法访问到目前为止。在这里，这种分裂是确定感谢个别钴$^{2+}$离子在外延碲化锌量子点势垒的磁光研究。利用部分允许的光学跃迁，我们直接在激子光致发光谱上测量了Co $^{2+}$离子的应变诱导零场分裂。此外，通过观察磁场中$S_z = + 3/2$和$S_z = - 1/2$ Co $^{2+}$自旋态的反交叉，我们确定了作用在Co $^{2+}$上的晶场轴向分量和面内分量.该方法可用于量子点中其他过渡金属离子零场分裂的光学测量。
2016-10-18 cond-mat.mes-hall
Coherent Population Trapping in Diamond N-V Centers at Zero Magnetic Field
在光激发下，观察到金刚石中氮空位中心在零磁场下的相干布居俘获。当两个激发激光器之间的失谐与色心基态的2.88 GHz晶场分裂相匹配时，这被测量为光致发光的减少。这种行为是高度敏感的应变，这修改了激发态，是出乎意料的最近的实验表明基于循环跃迁的单氮空位电子自旋的光学读出。这些结果表明，第一次提出的量子信息应用程序的三个级别的λ配置可以同时实现所有四个方向的氮空位中心在零磁场。
2006-06-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Shallow Silicon Vacancy Centers with lifetime-limited optical linewidths in Diamond Nanostructures
针对金刚石中近表面硅空位中心全光学相干寻址的难题，提出一种基于445nm激光照射的持久光学电荷稳定方案，在纳米柱中制备出深度约50nm且具有寿命限制光学线宽的单个SiV⁻中心，为极端条件下的量子传感奠定关键基础。
2023-07-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Probing NV and SiV charge state dynamics using high-voltage nanosecond pulse and photoluminescence spectral analysis
本研究利用高压纳秒脉冲和光致发光光谱分析，探究了金刚石中共存 NV 和 SiV 中心的电荷态动力学，实现了约 MHz 速率的电荷态快速转换，并揭示了常被忽视的 SiV$^{2-}$ 态为主要布居。
2023-09-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Dopant-assisted stabilization of negatively charged single nitrogen-vacancy centers in phosphorus-doped diamond at low temperatures
本文研究液氦温度下磷掺杂金刚石中NV$^-$中心的稳定化，发现磷施主光电离与纳米尺度电荷扩散协同促进NV$^0$向NV$^-$转化，无需额外再泵浦激光，并通过实验与理论模型证实该机制及复合率的线性激光功率依赖关系。
2023-05-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Lead-Related Quantum Emitters in Diamond
本文报道了离子注入和高温真空退火后金刚石中与铅有关的色心的量子发射。第一性原理计算预测了一个带负电荷的Pb空位中心的分裂空位配置，与零声子跃迁约2.3 eV。在纳米制造的支柱发射器上进行的低温光致发光测量揭示了几个过渡，包括一个突出的双峰附近520 nm。分裂的这对双峰，2太赫兹，超过其他IV组中心的报告。这些观察结果与PbV中心一致，该中心有望具有窄的光学跃迁和稳定的自旋态的组合，使其成为量子网络节点的有前途的系统。
2018-05-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Statistically Modeling Optical Linewidths of Nitrogen Vacancy Centers in Post-Implanted Nanostructures
我们研究了一种新的方法来形成金刚石纳米纤维和氮空位（NV）中心对NV零声子线（ZPL）的光学线宽的影响。在这种后注入方法中，在完成所有制造工艺之后注入氮。我们检查了三个植入后样本，一个植入了$^{14}$ N，两个植入了$^{15}$ N同位素。我们进行光致发光激发（PLE）光谱，以评估光学线宽和光学检测的磁共振（ODMR）测量同位素分类的NV中心。由此，我们发现，由金刚石晶格中自然存在的氮形成的NV中心的特征在于，其线宽分布在光学线宽处达到峰值，比大多数由注入氮形成的NV中心的分布小近两个数量级。令人惊讶的是，我们还观察到一些$^{15}$ NV中心与窄（$<500\,\mathrm{MHz}$）线宽，这意味着注入氮可以产生NV中心与窄的光学线宽。我们进一步使用贝叶斯方法对线宽分布进行统计建模，以准确量化模型中拟合参数的不确定性，并预测特定样本中的未来线宽。我们的模型旨在帮助样品和研究组之间的比较，以确定在结构化样品中实现窄NV线宽的最佳方法。
2020-09-21 cond-mat.mes-hall 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
Local vibrational modes of Si vacancy spin qubits in SiC
碳化硅是一种非常有前途的量子应用平台，因为这种技术友好的材料中的点缺陷具有非凡的自旋和光学特性。这些性质受到晶体振动的强烈影响，但它们与自旋量子比特行为之间的确切关系尚未得到充分研究。我们发现了生长态4 H-SiC中Si空位自旋量子比特的局域振动模式。我们应用共振微波场来隔离一种特殊类型的缺陷，即所谓的V2中心的贡献，并观察零声子线连同七个相等分离的声子副本。此外，我们提出的光致发光线型的第一性原理计算，这是非常符合我们的实验数据。为了提高计算精度和减少计算时间，我们使用机器学习算法提取力常数。这使我们能够识别在Si空位中的光发射期间耦合到激发电子的晶格振动中的主导模式。共振声子能量为36 meV，德拜-沃勒因子约为6%。我们从实验上确定了光致自旋极化的激活能由局域振动能给出。我们的研究结果提供了深入了解SiC自旋量子比特中电子态与振动模式的耦合，这对于预测其自旋，光学，机械和热特性至关重要。所描述的方法可以应用于SiC以及其他3D和2D材料中具有光谱重叠贡献的各种自旋缺陷。
2020-02-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Off-Resonant Manipulation of Spins in Diamond via Precessing Magnetization of a Proximal Ferromagnet
我们报道了当附近的铁磁绝缘体钇铁石榴石被驱动进入进动时，金刚石中氮空位（NV）自旋的操纵。通过光致发光的变化测量的NV自旋极化的变化在幅度上与常规光学检测的磁共振的变化相当，但是依赖于不同的机制，因为它发生在远离NV自旋的磁共振频率的微波频率处。这一观察结果提出了一种新的方法，将铁磁自旋信息转移到顺磁体中，然后将响应转换为鲁棒的光信号。它也为研究纳米尺度下的铁磁性和自旋输运开辟了新的途径。
2014-03-04 cond-mat.mes-hall
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
Modeling temperature-dependent population dynamics in the excited state of the nitrogen-vacancy center in diamond
本研究提出一个速率模型，描述金刚石NV中心激发态中声子驱动的轨道跳跃及其与自旋进动的耦合，从而统一解释低温至高温的布居动力学，并预测光致发光、自旋对比度等量子应用关键参数。
2023-08-31 cond-mat.mes-hall quant-ph
Determination of the Fermi Energy of Diamond using Photoluminescence Spectral Analysis
University of Southern California（南加州大学）
本文通过光致发光光谱分析测定金刚石费米能级，结合密度泛函理论研究氮空位中心的形成能，确定费米能级与供体-受体浓度的关系，并扩展至硅空位中心，具有高空间和快时间分辨率。
2026-08-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
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
Minimizing sensor-sample distances in scanning nitrogen-vacancy magnetometry
针对扫描NV磁力测量中空间分辨率受限于传感器-样品间距的问题，本文研究了决定分辨率的机械与磁间距及NV深度，证明FM-AFM反馈能显著减小间距并改善百纳米以下自旋织构成像，实现了7.9 nm的最小NV-样品距离。
2025-03-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
Time-keeping with electron spin states in diamond
基于原子状态的频率标准，如Rb或Cs蒸气或单个捕获离子，是最精确的时间测量。在这里，我们介绍了一个互补的设备的基础上自旋在固态系统-氮空位缺陷单晶金刚石。我们表明，该系统具有可比的稳定性便携式原子标准，并很容易作为一个芯片级设备。使用脉冲自旋回波技术，我们预计当前光致发光检测方法的Allan偏差为σ_y = 1 E-1/2（τ）^（-1/2），并且随着金刚石材料加工和纳米光子工程的改进，Allan偏差超过1 E-14。
2011-09-15 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Multi-Angle Reconstruction of Domain Morphology with All-Optical Diamond Magnetometry
基于氮空位中心的光学检测磁共振的扫描金刚石磁力计在磁性材料产生的杂散场足够低（< 10 mT）时提供非常高的灵敏度和非侵入性成像能力。在这种低场状态之外，光信号猝灭并且定量测量是具有挑战性的。虽然场依赖性NV光致发光仍然可以提供关于磁性形态的定性信息，但是这种操作制度仍然未被探索，特别是对于大于$\sim$ 3 mA的表面磁化。在这里，我们介绍了一个多角度的重建技术（MARe），捕捉在所有的磁场制度导致NV光致发光淬灭的完整的纳米级域形态。为了证明这一点，我们使用[Ir/Co/Pt] $_{14}$多层膜的表面磁化强度比以前的报告大一个数量级。我们的方法带来了非侵入性的纳米级磁场成像能力的研究更广泛的磁性材料和现象。
2021-01-25 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.ins-det
Level-crossing induced spin phenomena in SiC: a theoretical study
提出了一种处理缺陷色心自旋动力学的理论方法。该方法明确地考虑了自旋动力学在基态和激发态的缺陷中心，以及自旋状态相关的跃迁涉及基态和激发态，以及一个额外的中间状态。所提出的理论是用来治疗自旋相关的现象是碳化硅，即在自旋3/2硅空位中心，VSi或V2中心。理论预测的磁场依赖的光致发光强度和光学检测的磁共振谱表明，在基态和激发态的自旋动力学的能级交叉现象的重要作用。结果与先前发表的实验数据[Phys. Rev. X，6（2016）031014]一致。
2020-06-28 cond-mat.mes-hall quant-ph
Diamond Processing by Focused Ion Beam - Surface Damage and Recovery
金刚石中的氮空位色心（NV-）在新型光子学应用中具有重要意义。金刚石纳米光子结构通常使用聚焦离子束（FIB）处理来实现，留下对色心发光具有不利影响的受损表面。利用飞行时间二次离子质谱（TOF-SIMS）和光致发光（PL）研究了FIB处理对单晶金刚石表面及其光子学特性的影响。将处理过的表面暴露于氢等离子体，然后进行化学蚀刻，大大降低了注入的Ga浓度，导致NV-光电发射的恢复和NV-/NV 0比的显著增加。
2011-08-03 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Nanoscale graphitization and defect evolution in silicon-vacancy center-containing nanodiamonds under high-pressure high-temperature annealing
Chimie ParisTech, UMR CNRS 8247, PSL Research University（巴黎化学研究院）；Synchrotron SOLEIL（索雷尔同步辐射中心）；University of Ottawa（渥太华大学）
该研究通过原位同步辐射X射线衍射确定了含SiV色心的纳米金刚石高温高压退火的石墨化阈值，建立了规避石墨化的工艺窗口，改善了其光学响应以用于量子技术。
2026-08-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
