Plasmonically engineered nitrogen-vacancy spin readout
本文提出一种等离激元工程化方法，预测并经文献验证其能显著增强NV自旋量子比特读出与ODMR的亮度及对比度，指出该增强需在特定参数区域实现且实验前需严格建模。
2023-11-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Atomic-scale positioning of single spins via multiple nitrogen-vacancy centers
我们提出了一个通过金刚石中的多个氮空位中心定位单个电子自旋的方案。由于动力学解耦抑制了不必要的噪声，每个中心的自旋相干性由于位于距离中心$4{\sim20}$ nm处的单个电子自旋而产生特征振荡。我们可以从每个中心的特征电子自旋相干振荡中提取位置信息。该方案对高分辨率的纳米尺度磁测量和基于自旋的量子计算是有用的。
2016-04-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Real-Time Magnetometry Using Dark States of a Nitrogen Vacancy Center
我们证明了实时磁强计检测荧光从氮空位中心的相干布居陷阱的设置和估计磁场从所观察到的光子计数的时间序列，这是相关的基础领域。原理验证实验使用遵循Ornstein-Uhlenbeck（Ornstein-Uhlenbeck）过程的外部时变磁场。通过考虑光子过程的统计特性，基于贝叶斯推断的估计器可以有效地实时更新场的动态信息，仅检测单个光子。
2021-11-18 cond-mat.mes-hall quant-ph
Fast magnetic field manipulations and nonadiabatic geometric phases of nitrogen-vacancy center spin in diamond
快速的量子自旋操纵是设计基于自旋的量子逻辑门和其他量子应用所必需的。本文构造了金刚石中氮空位中心（NV）自旋在外加磁场作用下的精确演化算符，并研究了NV自旋系统的非绝热几何相位，包括循环和非循环.我们相信，在未来的实验中可以测量到非绝热几何相位，这些快速的量子操纵可以在设计基于自旋的量子应用中是有用的。
2017-04-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Probing the Origins of Inhomogeneous Broadening in Nitrogen-Vacancy Centers with "Doppler-Free" Type Spectroscopy
为了更好地理解金刚石中氮空位中心的基本物理过程，并实现该系统在技术应用中的改进，必须对表观不均匀加宽的起源获得新的见解。在这项工作中，我们利用一种新型的光谱专门为此任务开发。泵浦-探测光谱学与原子蒸气中使用的无多普勒光谱学密切相关。我们表明，起源的不均匀加宽来自本地磁场变化的金刚石晶格。
2018-07-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
The electron-phonon processes of the nitrogen-vacancy center in diamond
带负电荷的氮空位中心在金刚石中的应用利用了该中心独特的光学和自旋性质，其在环境温度下主要由电子-声子相互作用控制。在这里，我们调查这些相互作用在环境温度和高温下，通过观察中心的激发态自旋共振的运动变窄。我们确定，该中心的Jahn-Teller动力学比目前认为的要慢得多，并确定对称声子模式的重要作用。我们的研究结果对中心的各种应用（包括量子技术）和理解其基本性质具有明显的影响。
2015-03-13 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
Polarization- and frequency-tunable microwave circuit for selective excitation of nitrogen-vacancy spins in diamond
我们报道了一种平面微波谐振器，它提供任意极化的振荡磁场，使金刚石中氮空位（NV）中心的电子自旋能够被选择性激发。偏振面平行于金刚石表面，这使得谐振腔与（111）取向金刚石完全兼容。在直径为4 mm的圆形区域内，场分布在空间上是均匀的，并且实现了接近完美的圆偏振。我们还证明，通过引入用作可变电容器的变容二极管，可以在2-3.2 GHz范围内改变2.8 GHz的原始谐振频率。
2016-09-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Microwave-assisted cross-polarization of nuclear spin ensembles from optically-pumped nitrogen-vacancy centers in diamond
在金刚石中光学初始化氮空位（NV）中心的电子自旋的能力长期以来一直被认为是增强相邻核的极化的有价值的资源，但是有效的极化转移到金刚石晶体外部的自旋物质已经被证明是具有挑战性的。在这里，我们展示了可变磁场，微波使交叉极化从NV电子自旋质子在模型中的粘性流体与金刚石表面接触。轻微的变化，在交叉松弛率的函数之间的连续重复的传输协议的等待时间表明较慢的分子扩散附近的金刚石表面相比，在散装，观察与本模型的流体接近固体界面的微观结构一致。
2018-03-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Tin-Vacancy Quantum Emitters in Diamond
通过离子注入和随后在7.7GPa下高达2100 °C的高温退火在金刚石中产生锡空位（SnV）色心。第一性原理计算表明，大的锡原子可以被纳入到金刚石晶格的分裂空位配置，其中锡原子坐在一个间隙位置与两个相邻的空缺。室温下SnV心在619 nm处有一条尖锐的零声子线。该谱线在低温下分裂为四个峰，其基态分裂比基于其他IV族元素的色心、硅空位（SiV）心和锗空位（GeV）心的大，约为850 GHz。通过Hanbury Brown-Twiss干涉测量法对单个SnV量子发射器进行测量，估计激发态寿命为~5 ns。实验测得的光学跃迁能与SiV和GeV心的跃迁能的量级与理论计算符合得很好。
2017-08-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
The $(e_g \otimes e_u) \otimes E_g$ product Jahn-Teller effect in the neutral group-IV--vacancy quantum bits in diamond
在固体中，当单电子占据双简并轨道时，这种耦合的电子-声子系统可能发生积扬-泰勒（pJT）效应。本文提出金刚石中中性$X$ V分裂空位复合物的激发态是一个具有$e_g$和$e_u$双简并轨道和$E_g$准定域声子的体系。我们发展和应用\emph{ab initio}理论来量化中性$X$ V复合物在金刚石中的电子-声子耦合强度，并发现这些中心的相应的光学性质的显着影响。我们的结果表明，与最近的实验数据的预期SiV（$0$）量子比特，并揭示了中性$X$ V色心在金刚石中的激发态的复杂性。
2019-01-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spin decoherence and electron spin bath noise of a nitrogen-vacancy center in diamond
从理论上研究了金刚石中单个氮空位中心的自旋退相干。利用自旋相干态P表象方法，模拟了N电子自旋包围的NV中心的相干演化。我们发现，自旋退相干时间以及NV中心的自由感应衰减依赖于N自旋的空间配置。NV中心的自旋退相干速率（1/T2）和退相速率（1/T2*）均随N个自旋的浓度线性增加。利用P-表示方法，我们还演示了N自旋浴的噪声谱的提取，这将提供有前途的途径，设计一个最佳的脉冲序列，以抑制金刚石中的退相干。
2012-09-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
High-frequency and high-field optically detected magnetic resonance of nitrogen-vacancy centers in diamond
我们提出了一个光学检测磁共振（ODMR）系统，使我们能够执行的ODMR测量的固体中的一个单一的缺陷，在高频率和高磁场的发展。使用高频和高场ODMR系统，我们展示了115 GHz的连续波和脉冲ODMR测量的一个单一的氮空位（NV）中心在4.2特斯拉的磁场下的金刚石晶体，以及调查的字段依赖性（$0-8$特斯拉）的纵向弛豫时间（$T_1$）的NV中心在纳米金刚石。
2015-02-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum optics with nitrogen-vacancy centers in diamond
本文综述了金刚石中氮空位的电子能级结构和研究其低温光学性质的常用实验技术。然后，我们总结了几个最近的实验和进展，利用氮空位中心的量子光学。
2015-04-22 quant-ph
Influence of nanostructuring on silicon vacancy center spins in diamond pillars
金刚石微米和纳米结构中的色心正在研究中，用于大量的应用。然而，在小结构中获得高质量的色心是具有挑战性的，并且很少有人知道在从块体到微米和纳米结构的过渡期间诸如自旋布居寿命之类的性质如何变化。在这篇手稿中，我们研究了各种方法来制备含有硅空位中心的金刚石样品，并测量了当我们将它们的尺寸从大约1 $μ$ m改变到120 nm时，柱中轨道态的布居寿命如何变化。研究了金刚石衬底的性质、注入方式和退火方式对硅空位非均匀线宽和轨道寿命的影响。我们的测量结果表明，名义上相同的金刚石样品可以显示显着不同的不均匀加宽。我们观察到微弱的迹象表明，在小结构的限制振动模式可能会延长人口寿命。然而，晶格中的缺陷或由蚀刻引起的表面损伤降低了粒子群寿命，特别是在最小的结构中。
2019-08-05 cond-mat.mes-hall 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
Coupling Nitrogen Vacancy Centers in Diamond to Superconducting Flux Qubits
提出了一种实现金刚石中氮空位中心与超导磁通量子比特相干耦合的方法。由此产生的耦合可以用来创建由通量量子位介导的远NV中心的自旋状态之间的相干相互作用。此外，磁耦合可以用于实现通量量子比特和NV中心的系综之间的量子信息的相干传输。这使得SC量子处理器能够长期存储，并且可能是SC量子比特与光之间的接口。
2010-10-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Hybrid quantum device with nitrogen-vacancy centers in diamond coupled to carbon nanotubes
我们发现，氮空位（NV）中心的金刚石与悬浮的碳纳米管进行直流电流接口可以促进自旋纳米机械混合装置。我们证明了一个单一的NV自旋和悬浮纳米管的振动模式之间的强磁力相互作用可以通过外部控制系统参数进行设计和动态调谐。这种具有强的\emph{intrinsic}和\emph{tunable}磁力耦合的自旋纳米机械设置允许构建具有NV中心和碳基纳米结构的混合量子器件，以及具有自旋量子位的声子介导的量子信息处理。
2016-07-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Oxygenated (113) diamond surface for nitrogen-vacancy quantum sensors with preferential alignment and long coherence time from first principles
金刚石中的浅氮空位（NV）中心在量子传感中具有广阔的应用前景，但其灵敏度受到表面终止子和缺陷的限制。有一个直接寻求找到合适的金刚石表面的NV传感器。本工作利用第一性原理计算研究了（113）金刚石的表面终止子对浅NV心的作用。结果表明，（113）金刚石的完全氧终止产生正的电子亲和势，在表面上没有应变，也没有间隙能级。这是一个非常令人惊讶的结果，因为通常使用的氧化（001）金刚石表面通常是有缺陷的，这是由于在表面处的醚基团的应变所产生的无序，其严重破坏了浅NV中心的相干性质。与（001）和（111）金刚石表面相比，（113）金刚石表面特殊的原子构型有利于氧的成键。这些模拟表明，氧化金刚石（113）表面可以通过常规的金刚石化学气相沉积生长。结合（113）取向金刚石中生长态NV中心的~73%优先排列，氧化（113）金刚石目前被认为是NV量子传感器最有前景的主体。
2019-01-31 cond-mat.mes-hall quant-ph
Decoherence and dynamical decoupling control of nitrogen-vacancy center electron spins in nuclear spin baths
理论研究了高纯金刚石中氮空位中心电子自旋的退相干和动力学解耦控制，其中与$^{13}$ C核自旋的超精细相互作用是主要的退相干机制.退相干被表述为电子自旋与核自旋之间的纠缠，这是由电子自旋状态的核自旋浴演化引起的。核自旋浴演化是由单自旋进动和成对触发器等基本过程驱动的。退相干中不同基元过程的重要性取决于外磁场的强度。
2011-08-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Orbital and Spin Dynamics of Single Neutrally-Charged Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond
中性电荷态在基于氮空位中心的量子信息和传感应用中起着重要作用。然而，轨道和自旋动力学仍然是未知的。在这里，我们使用单中心的共振激发直接揭示精细结构，使自旋轨道状态的选择性寻址。通过泵浦-探测实验，我们得到了4.7K时的轨道弛豫时间（430 ns），并测量了11.8K以下的轨道弛豫时间随温度的变化。最后给出了自旋弛豫时间（1.5 s），实现了自旋态的投影高保真单激发读出（$\geq98\%$）。
2020-07-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Perfect alignment and preferential orientation of nitrogen-vacancy centers during CVD growth of diamond on (111) surfaces
人造金刚石的生产是发展金刚石量子精密测量和量子信息应用的关键。金刚石中主要的量子传感器和量子比特候选者是氮空位（NV）色心。这种晶格缺陷以四种不同的晶体学取向出现，导致NV中心之间的内在不均匀性，这在某些应用中是不期望的。在这里，我们报告了一种微波等离子体辅助化学气相分解（MPCVD）金刚石生长技术（111）取向的衬底上，产生完美的对齐（$94\pm2%$）生长的NV中心沿一个单一的晶体方向。此外，明确的证据表明，大部分（$74\pm4%$）的取向NV中心形成的氮首先被包括在（111）生长表面，然后由相邻的空位上的形成。生长的NV中心的实现的均匀性将极大地有益于量子信息和计量应用。
2014-02-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
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
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
Coupling of nitrogen-vacancy centers in diamond to a GaP waveguide
研究了GaP波导中的导模与金刚石中的氮空位（NV）中心的光耦合。测量了电场对金刚石的穿透和导模的损耗。结果表明，该体系可用于在金刚石中实现量子信息处理的耦合微腔-NV器件。
2008-11-03 quant-ph
Absolute magnetometry based on quantum beats in diamond nitrogen-vacancy centers
基于金刚石中氮空位中心基态的量子拍频，我们提出了一种不受温度波动和应变不均匀性影响的绝对磁强计。我们应用这种技术来测量低频磁场噪声使用一个单一的氮空位中心位于500 nm内的同位素纯（99.99%C12）金刚石的表面。在4.45 s的采集时间内，光子散粒噪声限制的灵敏度达到38 nT/Hz ^[1/2]，比仅使用两个自旋能级的实现方式高出2^1/2倍。对于长采集时间（>10 s），我们实现了高达15倍的磁灵敏度的改善，这表明了我们的技术对热漂移的鲁棒性。将我们的技术应用于氮空位中心合奏，我们消除了纵向应变不均匀性的失相，导致灵敏度提高了2.3倍。
2012-12-06 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Nitrogen-vacancy singlet manifold ionization energy
金刚石中带负电荷的氮空位中心的单重态在其光学自旋控制和读出中起着关键作用。在这项工作中，迄今未知的单重态的电离能进行了实验测量，发现是1.91-2.25 eV之间。这是通过分析结合自旋控制和NV电荷状态分化的光致发光测量，以及基于氮空位的主方程的模拟来获得的。这项工作建立了一种更准确地估计该电离能的协议，这可能会导致改进的读出方法。
2022-10-09 quant-ph
The non-Abelian geometric phase in the diamond nitrogen-vacancy center
本文介绍了一个理论框架，以了解非阿贝尔几何相位的积累在旋转的氮空位中心的金刚石。具体来说，我们考虑如何可以实现退化状态，并证明所得到的几何相位为多个路径是非阿贝尔。我们发现，非阿贝尔性质的相位是鲁棒的波动的路径和磁场。与以往的研究不同，我们发现在旋转条件下氮空位中心的阿贝尔几何相位的积累的极限时间尺度是$T_{1}$。因此，氮空位中心的非阿贝尔几何相位累积对于作为陀螺仪的应用具有潜在的优势。
2014-02-04 quant-ph
A superconducting cavity bus for single Nitrogen Vacancy defect centres in diamond
电路QED已经证明了超导共面谐振器中捕获的单个微波光子与附近的超导量子比特之间的非常强的耦合。在这项工作中，我们将展示如何通过设计一种新型的互连，可以通过磁相互作用将超导谐振器与少量（也许是单个）电子自旋强连接起来。通过将电子自旋选择在金刚石中的氮空位中心内，可以使用微波和射频照射来执行该电子自旋的光学读出、极化和控制。更重要的是，通过利用氮空位中心与附近的13 C核，使用这种互连，人们有可能建立一个量子设备，其中核自旋量子位通过氮空位电子自旋通过超导总线相互作用连接在厘米距离上。
2009-12-18 quant-ph
Longitudinal spin-relaxation in nitrogen-vacancy centers in electron irradiated diamond
本文系统地测量了合成金刚石中氮空位色心（NV $^-$）基态自旋极化的纵向弛豫率（$1/T_1$）随NV $^-$浓度和磁场$B$的变化。NV $^-$中心通过用来自透射电子显微镜的200 keV电子沿[100]轴以不同剂量照射1b型单晶金刚石来产生，以获得不同NV $^-$中心浓度的斑点。测量每个点的（$1/T_1$）值作为$B$的函数。
2015-11-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Evaluation of nitrogen- and silicon-vacancy defect centres as single photon sources in quantum key distribution
本文提出了一种基于金刚石缺陷中心的室温单光子源量子密钥分发（QKD）实验平台。在短自由空间传输线上实现了BB84协议。氮空位（NV）以及硅空位缺陷（SiV）中心的性能进行了评估，并讨论了下一代源的外推与提高效率。
2013-10-04 quant-ph
Coupling of Nitrogen-Vacancy Centers to Photonic Crystal Cavities in Monocrystalline Diamond
通过耦合到使用标准半导体制造技术在单晶金刚石中制造的光子晶体谐振器，氮-空位中心的零声子跃迁速率被增强约70倍。对光谱过滤的零声子线的光子相关测量显示出反聚束，即收集到的光致发光主要由单个氮空位中心发射的特征。利用高分辨光致发光和光致发光激发光谱表征了氮-空位耦合中心的线宽和光谱扩散。
2012-02-03 physics.optics quant-ph
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
Deterministically entangling distant nitrogen-vacancy centers by a nanomechanical cantilever
我们提出了一个实用的方案，通过全局寻址确定性纠缠带负电荷的氮空位（N-V）中心在遥远的钻石使用纳米机械悬臂与磁性尖端强烈耦合到N-V电子自旋。以对称Dicke态为例，讨论了该方案在实验上的可行性和挑战性。
2009-08-27 quant-ph
Probing itinerant carrier dynamics at the diamond surface using single nitrogen vacancy centers
钻石中的色心被广泛地用于量子传感、计算和网络。它们的光学、自旋和电荷性质已经被广泛研究，而它们与巡游载流子的相互作用相对未被探索。在这里，我们表明，NV中心位于10 nm的金刚石表面可以通过空穴捕获转换为中性电荷状态。通过测量空穴捕获率，我们提取捕获截面，这是抑制接近金刚石表面。距离的依赖性是一致的载流子扩散模型，表明巡回载流子寿命可以很长，即使在金刚石表面。测量近表面NV中心的动力学特性提供了一个新的工具，用于表征金刚石表面和研究金刚石器件中的电荷输运。
2022-10-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Nitrogen-Vacancy Ensemble Magnetometry Based on Pump Absorption
我们证明了磁场传感使用的氮空位中心的合奏记录的变化，由于总的基态人口的自旋极化的泵浦光吸收。使用532 nm泵浦激光，我们测量了放置在谐振光学腔中的化学气相沉积金刚石中的天然氮空位中心的吸收。当激光泵浦功率为0.4 W，腔体精细度为45时，获得了$\sim$ 100 nT/ $\sqrt{\textrm{Hz}}$的噪声基底，带宽可达125 Hz。通过优化氮空位浓度和探测方法，我们设计了一种光子散粒噪声限制的灵敏度$\sim$ 1 pT/ $\sqrt{\textrm{Hz}}$。
2017-12-14 quant-ph
Local excitation of surface plasmon polaritons using nitrogen-vacancy centers
使用具有多个氮空位（NV）中心（~400）的（~100）nm尺寸的纳米金刚石（ND）在银表面局部激发表面等离子体激元（SPP）。来自外部照射（在532 nm处）ND和来自附近ND（其未被照射但产生由照射ND激发的SPP的面外散射）的荧光表现出明显不同的波长光谱，显示出由于SPP传播损耗而引起的短波长滤波。结果表明，具有多个NV中心的ND可以用作平面集成等离子体的有效亚波长SPP源，用于各种应用。
2016-09-15 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Engineering nuclear spin dynamics with optically pumped nitrogen-vacancy center
我们提出了一个利用光泵金刚石氮空位中心作为可调的非平衡浴来控制各种核自旋动力学（如退相、弛豫、压缩、极化等）的一般理论。和核自旋噪声它为耗散和集体核自旋演化的工程化开辟了一条新的途径，解决了$^{13}$ C核自旋噪声抑制实验[E.托根\textit{et al} .，Nature 478，497（2011）]。
2015-03-01 quant-ph
High-resolution spectroscopy of a single nitrogen-vacancy defect at zero magnetic field
本文报道了在零磁场及零磁场附近金刚石晶体中氮空位中心的高分辨微波光谱研究。我们观察到的特征分裂和过渡的超精细跃迁，这源于在横向有效场的存在下，从水平反交叉的不平衡。我们使用脉冲电子自旋共振谱测量零场光谱特征的单氮空位中心清楚地解决这样的水平反交叉。为了定量分析有效场作用下超精细自旋跃迁的磁共振行为，提出了一个描述任意极化微波磁场作用下超精细自旋跃迁强度的理论模型.我们的结果对于优化零磁场或弱磁场中自旋1体系的极化选择微波激发实验条件具有重要意义。
2022-06-30 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Interaction of a heralded single photon with nitrogen-vacancy centers in a diamond
一个简单的，室温下，腔和真空的光子-物质相互作用的接口实现。实验中，一个自发参量下转换过程产生的单光子被氮空位色心系综吸收。与声子边带相关联的宽吸收谱解决了典型原子介质中的窄吸收带宽与量子光的宽带光谱的失配问题。所预示的单光子源在452-575 nm的光谱范围内是可调谐的，这与氮空位中心的吸收光谱很好地重叠。
2021-01-12 quant-ph
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
Pump-Enhanced Continuous-Wave Magnetometry using Nitrogen-Vacancy Ensembles
金刚石中氮空位中心的集合体是用于高灵敏度磁力测量的非常有前途的平台，其功效通常基于有效地产生和监测磁场依赖的红外荧光。在这里，我们报告了一个增加的传感效率与使用的532 nm的共焦谐振腔和微波谐振器天线测量局部磁噪声密度使用固有的氮空位浓度的化学气相沉积单晶金刚石。我们测量的近拍摄噪声限制的磁噪声地板200 pT/ $\sqrt{\text{Hz}}$跨越带宽高达159 Hz，和提取的灵敏度约为3 nT/ $\sqrt{\text{Hz}}$，进一步增强有限的噪声地板的锁定放大器和激光损伤阈值的光学元件。微波和光泵浦速率参数空间的探索证明了通过使用光学腔达到的线宽变窄区域，允许实现增强的灵敏度，尽管未优化的收集效率<2%，并且氮空位浓度约为0.2 ppb。
2017-09-06 cond-mat.mes-hall physics.ins-det quant-ph
Nanoscale Sensing Using Point Defects in Single-Crystal Diamond: Recent Progress on Nitrogen Vacancy Center-Based Sensors
固体中的单个发光点缺陷，即所谓的色心，是原子大小的量子系统，能够以纳米级的空间分辨率进行传感和成像。在这篇综述中，我们介绍了纳米级传感的基础上个别氮空位（NV）中心的钻石。我们讨论了该领域的两个主要挑战：第一，在单晶金刚石表面以下小于10 nm的高度相干的浅NV中心的创建。第二，尖端状光子纳米结构的制造，使有效的荧光收集，并可用于扫描探针成像的基础上的色心与纳米级的分辨率。
2017-05-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Proximal nitrogen reduces the fluorescence quantum yield of nitrogen-vacancy centres in diamond
金刚石中的氮空位色心是最重要的固态量子体系之一。其应用领域包括高精度传感、量子计算、单光子通信、计量学、纳米级磁成像和生物传感。对于所有这些应用，所发射的光子的高量子产率是期望的。然而，被设计成具有高密度氮空位中心的金刚石样品显示出在单个批次内或甚至在同一样品内显著变化的亮度水平。在这里，我们表明，附近的氮杂质淬火氮空位中心通过非辐射跃迁发射，导致荧光量子产率降低。我们监测的氮空位中心合奏从合成金刚石样品与不同浓度的氮杂质的发射特性。虽然在1.81 ppm的低氮密度下，我们测得的寿命为13.9 ns，但我们观察到随着氮密度的增加，寿命大幅减少。我们测量的寿命低至4.4纳秒在氮密度为380 ppm。寿命的变化分别与相对荧光量子产率从77.4%降低至32%以及氮密度从88 ppm增加至380 ppm相匹配。这些结果将告知优化基于氮空位中心荧光的金刚石晶体器件的性能所需的条件。此外，这项工作提供了深入了解钻石和纳米钻石内的高密度氮空位合奏中观察到的不均匀性的起源。
2021-12-14 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Introduction to Quantum Optimal Control for Quantum Sensing with Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond
基于金刚石的量子技术是一个快速发展的领域，具有科学和技术的重要性。随着对基于金刚石的量子系统的知识和经验的不断增长，对性能的需求也越来越高。量子最优控制（QOC）为许多现有的挑战提供了直接的解决方案，并为未来的应用提供了基础。结合金刚石中氮空位（NV）中心的QOC策略、量子传感和其他相关量子技术应用的快速回顾，我们给出了必要的背景来总结金刚石中NV中心QOC辅助量子应用领域的最新进展。
2020-06-18 quant-ph
Quantum measurement of hyperfine interaction in nitrogen-vacancy center
我们提出了一个有效的量子测量方案，用于金刚石氮空位中心的电子自旋和$^{15}$ N核自旋之间的超精细相互作用。在该协议中，连续增加的持续时间的量子操作的序列被用来估计超精细相互作用与连续更高的精度接近量子精密测量的限制。该方案不需要制备核自旋态。在存在实际操作误差和电子自旋退相干的情况下，我们的协议的总体精度仍然超过了标准量子极限。
2012-05-23 quant-ph
Photoluminescence of nitrogen-vacancy and silicon-vacancy color centers in phosphorus-doped diamond at room and higher temperatures
掺磷金刚石与传感、光电子学和量子光子学的应用相关，因为金刚石中色心的独特光学性质可以与通过包含磷获得的n型导电性相结合。在这里，我们调查的光致发光信号的氮空位和硅空位的颜色中心的磷掺杂的金刚石作为温度的函数，从环境条件开始到约100 $^\circ$摄氏度，专注于零声子线（ZPL）。我们发现，ZPL的波长和宽度的两个色心表现出相当的温度依赖性，尽管在光致发光光谱的强烈差异。此外，硅空位中心的ZPL的温度敏感性不受磷掺杂的显着影响，因为我们推断通过与电子级单晶金刚石中的硅空位中心的比较。
2021-01-14 physics.app-ph quant-ph
Producing GHZ state of nitrogen-vacancy centers in cavity QED
我们提出了一个方案，利用氮空位中心与回音壁模腔耦合产生GHZ态。在强经典场的辅助下，实现的演化与腔场状态无关，因此对腔的热状态不敏感。同时，它是快速相比，对流色散相互作用诱导的操作中的腔辅助系统。该方案易于扩展到多量子比特场景。
2013-06-04 quant-ph
Quantum information transfer with nitrogen-vacancy centers coupled to a whispering-gallery microresonator
提出了一种利用高Q值回音壁模（WGM）微谐振腔实现氮空位（NV）中心量子信息传输和纠缠的有效方案。我们发现，基于WGM介导的NV中心之间的有效偶极-偶极相互作用，量子信息可以通过Raman跃迁与激光场的结合在NV中心之间传递.该协议为利用固态腔QED系统进行量子通信提供了可能。
2011-04-16 quant-ph
Robust High-Dynamic-Range Vector Magnetometry via Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond
我们展示了一个强大的，无标度因子的矢量磁力计，它使用一个闭环频率锁定计划，同时跟踪塞曼分裂共振对的氮空位（NV）中心在金刚石。与开环方法相比，该技术对温度，谐振线宽和对比度的波动具有鲁棒性;提供了三个数量级的动态范围增加;并允许同时询问多个过渡频率。通过直接检测沿金刚石的四个四面体晶轴中的每一个对齐的NV中心的共振频率，我们执行所施加的磁场的全矢量重建。
2018-02-27 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.ins-det
Polarization properties of single photons emitted by nitrogen-vacancy defect in diamond at low temperature
本文利用共振激发法研究了低温下金刚石中单氮空位色心光致发光的偏振特性。我们首先强调，两个激发态轨道分支与两个正交过渡偶极子。使用一个偶极子的选择性激发，然后，我们表明，光致发光是部分非偏振的，由于两个轨道之间的快速弛豫引起的热浴。这一结果可能是重要的背景下实现不可区分的单光子使用NV缺陷的钻石。
2009-06-18 quant-ph
High fidelity gate operations within the coupled nuclear and electron spins of a nitrogen vacancy center in diamond
在这篇文章中，我们研究了一个带负电荷的氮空位中心（NV-）耦合到一个15-氮原子的核的自旋的动力学，并表明高保真度门操作是可能的，而不需要复杂的复合脉冲序列。这些操作包括电子和核的自旋旋转，以及它们之间的纠缠门。这些都是实验上可实现的门，具有足够高的分辨率，它们可以用来构建量子信息处理任务的图形状态的当前技术。
2013-09-12 quant-ph
Scalable quantum information transfer between nitrogen-vacancy-center ensembles
提出了一种实现量子信息传输的体系结构。在这种架构中，LC电路用于诱导通量量子位之间的必要相互作用，每个量子位磁耦合到氮空位中心系综（NVCE）。我们明确表明，共振相互作用和大失谐的情况下，高保真QIT之间的两个空间分离的NVCE可以实现。我们的方案可以扩展到通过调整系统参数实现大规模混合系统中任意两个选择的NVCE之间的QIT，这在大规模量子信息处理中是非常重要的。
2015-03-11 quant-ph
Imaging of high-frequency electromagnetic field by multipulse sensing using nitrogen vacancy centers in diamond
本文提出利用金刚石氮空位中心的多脉冲动力学去耦与幅度整形控制脉冲，在19.23 MHz实现微米级空间分辨率的高频率分辨率射频场成像。
2023-07-05 quant-ph
