Single crystal diamond membranes containing germanium vacancy color centers
单晶金刚石膜的主机光学活性发射极是高度有吸引力的组件集成量子纳米光子学。在这项工作中，我们展示了自下而上的合成单晶金刚石膜含有锗空位（GeV）的色心。我们采用剥离技术来生成膜，并在氧化锗的存在下进行化学气相沉积，以实现原位掺杂。最后，我们表明，这些膜是适合工程的光子谐振器，如微腔的品质因数为1500。工程单晶金刚石膜含有新兴的色心的鲁棒性和可扩展的方法是一个有前途的途径，实现金刚石集成量子纳米光子电路的芯片上。
2018-04-06 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Depletion of nitrogen-vacancy color centers in diamond via hydrogen passivation
我们发现，由于金刚石暴露于700°C至1000°C的氢等离子体，单晶金刚石中氮空位（NV）色心的发射显著减少。在约10分钟后，在暴露表面下方观察到显著的荧光减少至至少80mm深度，并且在1100°C下真空退火后7小时后没有恢复。我们归因于荧光减少NVH中心的形成等离子体诱导的氢扩散。这些结果对量子应用中氮空位中心的形成具有重要意义，并为我们理解氮空位向NVH的转化提供了信息，同时也为氢通过本征高纯金刚石材料的长程扩散提供了第一个实验证据。
2011-08-30 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Engineered arrays of NV color centers in diamond based on implantation of CN- molecules through nanoapertures
我们报告了一种通用的方法，工程师阵列的氮空位（NV）的颜色中心在纳米金刚石。通过使用电子束光刻在沉积在金刚石表面上的PMMA层中图案化的80 nm直径的孔通过离子注入平行地产生缺陷。用CN-分子进行注入，这增加了NV缺陷形成产率。这种方法可以实现固态耦合自旋阵列，并可用于定位光子微结构上的光学活性NV中心。
2010-08-09 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Hybrid Group IV Nanophotonic Structures Incorporating Diamond Silicon-Vacancy Color Centers
我们展示了一种新的方法，用于工程IV族基于量子光子结构，含有带负电荷的硅空位（SiV $^-$）的钻石色心作为量子发射体。混合SiC/金刚石结构是通过将纳米和微米金刚石在碳化硅（3C或4 H多型体）衬底上的生长与随后使用这些金刚石晶体作为图案转移的硬掩模相结合来实现的。SiV $^-$色心在金刚石的合成过程中从分子金刚石晶种（类金刚石）引入到金刚石中，而不需要离子注入或退火。我们表明，相同的生长技术可以用于生长可控掺杂SiV $^-$的金刚石层上的高纯度散装金刚石，其中我们随后制造纳米柱阵列含有高品质的SiV $^-$中心。扫描共聚焦光致发光测量揭示了光学活性SiV $^-$线在室温和低温（5 K）从所有制造的结构，特别是，非常窄的线宽和小的不均匀加宽的SiV $^-$线从所有金刚石纳米柱阵列，这是量子计算的关键要求。在低温下（5 K），我们观察到在这些结构中的签名典型的SiV $^-$中心在散装金刚石，符合双λ。这些结果表明，高品质的色心可以被纳入纳米光子结构合成与那些在散装金刚石的性能相当，从而打开了经典和量子信息处理的应用机会。
2015-10-26 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
The Group-IV-Vacancy Color Center in Diamond
该研究回顾并完善了金刚石中第IV族空位（XV）色心的理论模型，涵盖内禀与外场多类相互作用，基于模型预测性质、解释实验并提出后续方向，为XV体系调控及量子信息处理应用奠基。
2025-10-06 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Near-field energy transfer between a luminescent 2D material and color centers in diamond
荧光探针之间的能量转移是许多应用的核心，从生物传感和成像到增强的光检测和光捕获。在这项工作中，我们研究了金刚石中的浅缺陷--氮空位（NV）中心--和原子级薄的二维材料--二硒化钨（WSe $_2$）之间的Förster共振能量转移（FRET）。通过荧光寿命成像，我们证明了FRET的发生在WSe $_2$ /NV系统。此外，我们表明，在耦合系统中，NV中心提供了一个额外的激发途径WSe $_2$光致发光。我们的研究结果构成了实现涉及单晶金刚石和二维材料的混合量子系统的第一步，这可能会导致研究和控制自旋转移现象和自旋谷物理的新策略。
2019-10-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Materials challenges for quantum technologies based on color centers in diamond
本文综述了基于金刚石色心（尤其是NV中心）的量子技术所面临的主要材料科学挑战与机遇，涵盖表征、生长、缺陷控制及制造等关键环节。
2021-06-22 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Influence of a static magnetic field on the photoluminescence of an ensemble of Nitrogen-Vacancy color centers in a diamond single-crystal
本文研究了金刚石晶体中氮空位色心系综的电子自旋共振。晶格中NV中心的四种可能取向导致对外部静态磁场的大小和取向的不同依赖性。用连续微波激励得到的实验结果与模拟吻合得很好。此外，我们还观察到，当外加磁场时，NV色心的平均辐射寿命也发生了变化。这种变化是由mS = 0和mS = $\pm$ 1之间的混合的NV-中心的自旋状态具有不同的辐射寿命，由于磁耦合。这些结果对于广泛的应用是有意义的，例如具有高密度NV中心系综的基于自旋共振的磁力测量
2009-09-08 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Single-photon emission from Ni-related color centers in CVD diamond
金刚石色心具有室温下长时间稳定发光的特性，是实现单光子源的理想材料。受欢迎的氮空位中心显示单光子发射，但在大的声子展宽光谱（~ 100 nm）内，这强烈限制了其在量子通信中的应用。相比之下，镍相关的中心在室温下表现出窄的发射线。本文研究了离子注入Ⅱ a金刚石单晶产生的Ni和Si单色心。我们使用的系统变化的离子剂量在10^8/cm ^2和10^14/cm ^2之间，能量在30 keV和1.8 MeV之间。Ni相关中心在近红外光谱范围（~ 770 nm至787 nm）内显示出具有小线宽（~ 3 nm FWHM）的发射。强度关联函数的测量证明了单光子发射。饱和度测量产生77.9 kcounts/s的相当高的饱和计数率。极化相关的测量表明存在两个正交的偶极子。
2010-06-09 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Germanium-Vacancy Color Center in Diamond as a Non-invasive Temperature Sensor
我们提出了高分辨率，全光学测温的基础上的GeV的钻石色心系综。由于金刚石的独特性质，使用这种方法的全光学方法开辟了一种在从几开尔文到1100开尔文的广泛温度范围内进行非侵入性、无反作用温度测量的方法。
2017-09-09 cond-mat.mtrl-sci
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
Data-Driven Review and Machine Learning Prediction of Diamond Vacancy Center Synthesis
University of Aveiro（阿威罗大学）；Intelligent Systems Associate Laboratory (LASI)（智能系统联合实验室）；Instituto de Engenharia de Sistemas e Computadores - Microssistemas e Nanotecnologia（系统工程与计算机研究所-微系统与纳米技术）；IPFN, Instituto Superior Técnico, University of Lisbon（里斯本大学高等理工学院物理核研究组）；DECN, Instituto Superior Técnico, University of Lisbon（里斯本大学高等理工学院化学工程与工艺系）；Trent University（特伦特大学）
本文通过数据驱动方法和机器学习预测，分析钻石空位中心合成方法及其参数，以提高材料性能和应用效果。
2026-01-14 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Efficient fabrication of high-density ensembles of color centers via ion implantation on a hot diamond substrate
本文提出在热金刚石衬底上进行高注量离子注入，提高空位密度阈值，从而高效制备高密度NV和MgV色心集合，用于量子传感。
2025-05-26 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Cooperative dynamic polaronic picture of diamond color centers
本研究利用超快泵浦—探测技术与第一性原理计算，揭示金刚石NV中心中合作极化子效应及偶极Fröhlich相互作用，解释低密度缺陷下电子和声子响应的显著增强。
2024-09-10 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Color center fluorescence and spin manipulation in single crystal, pyramidal diamond tips
我们调查明亮的荧光氮（NV）和硅空位色心的金字塔，单晶金刚石尖端，这是商业上可作为原子力显微镜探针。我们用$T_2 = 7.7(3)\,μ$相干地操纵NV电子自旋系综。不同针尖高度的色心寿命表明有效的折射率效应和猝灭。使用数值模拟，我们验证了增强的光子率从发射器接近金字塔的顶点，扫描探头传感的情况下有希望的。
2016-10-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Photo-physical properties of He-related color centers in diamond
金刚石是量子光学和光子学技术应用发展的一个有前途的平台。近年来，对具有最佳光物理性能的色心的追求导致了对这种材料中与杂质相关的新缺陷的研究。在这里，我们报告的光物理性质的两个He相关的（HR）发射线在535 nm和560 nm创建在三个不同的金刚石衬底注入1.3 MeV的He+离子和随后的退火后的系统调查。研究了“光学级”金刚石衬底中HR心的光谱特征随测量温度、激发波长和外加电场强度的变化。535 nm和560 nm谱线的发射寿命也通过时间选通光致发光测量进行了测量，分别产生（29 ± 5）ns和（106 ± 10）ns的特征衰减时间。在外电场作用下，在埋有石墨电极的CVD金刚石膜中观察到HR中心的Stark位移，表明缺陷结构中缺乏反转对称性。此外，在405 nm激发下的“检测器级”金刚石样品注入在1 × 1010 cm-2 He+离子注量的光致发光映射能够识别两个HR发射线从相同的本地化光点的光谱特征。报道的结果提供了第一个洞察到的理解，在金刚石中的氦相关缺陷的结构和它们在实际应用中的可能利用
2017-08-29 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Towards wafer-scale diamond nano- and quantum technologies
我们调查原生氮（NV）和硅空位（SiV）色心在市售的，异质外延，晶圆大小，毫米厚，单晶金刚石。我们观察到单一的，原生NV中心的密度约为1 NV每$μm^3$和适度的相干时间（$T_2 = 5 μs$）嵌入在一个合奏的SiV中心。SiV零声子线精细结构的低温光谱证明了金刚石的高结晶质量，特别是靠近生长表面，与降低的位错密度一致。使用离子注入和等离子体刻蚀，我们验证了制造浅色心纳米结构的可能性，使我们的金刚石材料有望用于制造纳米级传感器件。由于这种金刚石的晶片尺寸高达$100 mm$，因此它提供了扩大金刚石基器件制造的机会。
2018-10-22 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.optics
Photoactivation of color centers induced by laser irradiation in ion-implanted diamond
本文提出利用毫瓦级连续波激光局域辐照，在离子注入金刚石中无需热退火即可直接光激活Mg和Sn相关色心，实现单光子发射器的可控、低成本、原位可监测制备。
2024-09-10 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Robust luminescence of the silicon-vacancy center in diamond at high temperatures
对离子注入金刚石单晶中硅空位色心的高温发光进行了研究。我们观察到降低的集成荧光温度升高时，归因于一个过渡通道的活化能为180毫电子伏，填充搁置状态。尽管如此，相对于室温，在500 K和700 K下，信号分别仅下降50%和75%。此外，色心在超过800 K的温度下具有高度的光稳定性。因此，即使在高温度下，这种色心的发光也非常稳健，并且它有望用于新型金刚石基发光器件。
2015-10-22 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
25-nm diamond crystals hosting single NV color centers sorted by photon-correlation near-field microscopy
含有高度光致发光色心的金刚石纳米晶是一种引人注目的非经典近场光源。对于近场应用，反射镜的尺寸至关重要，因为它定义了光学分辨率。NV（氮空位）色心通过纳米金刚石粉末的质子照射和退火有效地产生。使用近场显微镜和光子统计测量，我们表明，纳米金刚石的尺寸下降到25 nm，可以保持一个单一的NV色心明亮，稳定的光致发光。
2007-10-31 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Spectral features of Pb-related color centers in diamond
我们报告的系统表征的光学性质的金刚石色心的基础上的铅杂质。在405-520 nm范围内的不同激发波长和4-300 K范围内的不同温度下，对它们的光谱发射进行了系综光致发光分析。一系列观察到的光谱特征包括与Pb相关的缺陷相关的不同发射线。最后，室温下的单光子发射器的490.5 nm激光激发下的调查报告，揭示不同的光谱特征与那些已经报道的514 nm激发下。这项工作相对于以前对Pb相关色心的研究取得了实质性进展，无论是在一系列清晰的光谱特征的归属方面，还是在对这种缺陷形成过程的理解方面，都表明了该系统在量子技术中高影响力应用的潜力。
2021-06-02 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Electroluminescence of NV Color Centers in Diamond p-i-n Diodes mediated by Charge-state Dynamics
本研究利用第一性原理揭示了金刚石p-i-n二极管中NV色心电致发光的机制，阐明了由电荷态循环维持的发光过程及实验现象，为理解色心电荷动力学提供了新见解。
2025-09-13 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Temperature-dependent second-harmonic generation from color centers in diamond
在红外超短脉冲激光激励下，研究了氮空位（NV）引入金刚石块体材料的温度效应。在20-300 $^{\circ}C$的温度范围内，由于折射率改变引起的相位失配，二次谐波强度降低。我们发现，光学声子散射优于声学声子在NV金刚石通过拟合的二次谐波强度的温度依赖性使用的模型的基础上通过变形势相互作用的带隙变化。这项研究为建立基于金刚石的非线性光学温度传感器提供了一种有效可行的方法。
2022-04-04 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
{\emph{Ab initio} magneto-optical spectrum of Group-IV -- Vacancy color centers in diamond
钻石中的空位色心是快速出现的量子比特，可以用于量子通信和传感器应用。人们迫切需要了解它们的磁光特性，以便为特定量子应用的不同需求选择合适的量子位。在这里，我们提出的结果，从先进的\emph{ab initio}计算的电荷状态的稳定性，零声子线能量，自旋轨道和电子-声子耦合的第四族-空位色心。基于我们的结果的分析，我们开发了一个新的自旋哈密顿量的这些量子比特，它结合了电子的自旋和轨道的相互作用耦合声子超越微扰理论。我们的结果与以前的数据吻合得很好，并预测了一个新的缺陷，量子比特的应用与热初始化的基态自旋和长的自旋相干时间。
2018-04-19 cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph physics.comp-ph
How carbon vacancies can affect the properties of group IV color centers in diamond: A study of thermodynamics and kinetics
最近，人们对使用来自周期表的第IV族元素来制造和研究金刚石中的X $V$色心产生了很大兴趣，其中X = Si、Ge、Sn或Pb，并且$V$是碳空位。这些IV族色心具有许多有趣的自旋和光学性质，这可能使它们比N个$V^-$中心更好地用于量子计算和量子信息处理中的重要应用。不幸的是，在金刚石中产生这些X $V$色心所需的完全相同的离子注入工艺也必然产生许多碳空位（$V_{\rm C}$），其可以与这些色心（$V_{\rm C}-$ X $V$）形成复合物，这可以显著地影响孤立的X $V$色心的性质。这项工作的主要重点是使用密度泛函理论（DFT）来研究这些$V_{\rm C}-$ X $V$复合物的形成的热力学和动力学，并建议实验方法来阻止这一过程，如通过化学掺杂或施加外部电偏压改变费米能级的主机金刚石材料。我们还包括一个讨论如何简单的存在下，许多$V_{\rm C}$可以产生负面影响的自旋相干时间（$T_2$）的第四组颜色中心通过声学声子的存在。
2020-03-24 cond-mat.mtrl-sci
Exciton-polariton mediated interaction between two nitrogen-vacancy color centers in diamond using two-dimensional transition metal dichalcogenides
本文从量子主方程出发，讨论了金刚石中两个带负电荷的氮空位色心通过激子-极化激元在金刚石晶体附近的二维过渡金属二硫族化物层中传播的相互作用。我们专注于光学1.945 eV跃迁和模型的氮空位色心作为两个层次的（人工）原子。我们发现，相互作用参数和能级重整化常数对氮空位中心到过渡金属二硫族化物层的距离非常敏感。得到了激子-极化激元谱和进入林德布拉德方程的阻尼常数的解析表达式。讨论了激子介导超辐射产生的条件。
2020-09-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Second-Harmonic Generation in Bulk Diamond Based on Inversion Symmetry Breaking by Color Centers
固体中反转对称性的破缺在非线性光学中起着核心作用，因为它可以改变材料性质，例如产生偶数阶非线性光学（NLO）效应。虽然中心对称金刚石已被开发为光子平台，包括波导和光源，但大块金刚石中的非线性光学效应仅限于三阶。因此，利用更强大的二阶NLO效应，例如二次谐波产生（SHG），仍然具有挑战性。在这里，我们探讨了在大块金刚石的色心，氮空位中心的破缺诱导的二阶非线性光学效应。用超短激光脉冲激发，同时观察到SHG和三次谐波产生（THG），表现出特征强度图案，这取决于激发通量和光偏振角。我们发现，SHG作为源的THG的级联过程。我们的研究结果将提供基于金刚石色心的非线性光学效应的量子传感，例如在纳米尺度上通过电光效应对电磁场进行成像。
2022-03-18 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Nitrogen-Vacancy Centers in Epitaxial Laterally Overgrown Diamond: Towards Up-scaling of Color Center-based Quantum Technologies
本研究通过横向过生长异质外延金刚石衬底上的孔阵列，制备出高质量单晶金刚石层，其中的氮-空位中心自旋退相干时间达数百微秒，且整体应力低，为色心量子技术规模化提供了可行路径。
2025-04-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Nanoscale sensing based on nitrogen vacancy centersin single crystal diamond and nanodiamonds:achievements and challenges
在仪器、材料和理论描述的共同发展的推动下，固体中量子发射体的传感和成像能力在过去二十年中显著提高。固体中的量子发射体，其性质类似于原子和离子，提供了另一种方法来探测自然和人工纳米系统，具有最小的干扰和最终的空间分辨率。在这些新兴的量子发射体中，金刚石中的氮空位色心是一个突出的例子，因为它在室温下具有固有的性质（高发光、光稳定、生物相容、高相干自旋态）。本文综述了纳米金刚石和单晶金刚石中NV中心在传感和成像方面的最新进展和成就。我们还强调了不同类型钻石的普遍挑战和材料方面，并概述了使用颜色中心作为传感器时要考虑的主要参数。作为一种新型的传感资源，我们突出的NV centersas发光电偶极子和它们的耦合到其他纳米级偶极子，如石墨烯的属性。
2019-09-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Single photon emitters based on Ni/Si related defects in single crystalline diamond
研究了离子注入IIa型CVD金刚石中产生的单一Ni/Si色心。通过测试不同的离子剂量组合，我们发现Ni和Si的剂量都有一个上限，分别为10^12/cm ^2和10^10/cm ^2。）这是由于产生了过量的荧光背景。我们证明了Ni/Si相关中心的产生，在室温下在767 nm和775 nm之间的光谱范围内显示出发射和2nm FWHM的窄线宽。强度自关联函数的测量证明了单光子发射。所研究的色心可以粗略地分为两组：从光子统计和激发和发射的偏振度，我们发现，一些色心表现为两个级别，单偶极子系统，而其他中心表现出三个级别和两个正交偶极子的贡献。此外，一些色心具有稳定和明亮的发射，饱和计数率高达78 kcounts/s，而其他色心则显示波动的计数率和三级闪烁。
2010-10-31 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Photoluminescence excitation spectroscopy of SiV$^{-}$ and GeV$^{-}$ color center in diamond
金刚石中的色心是重要的量子发射体，其应用范围从量子传感到量子光学。了解内能能级结构对未来的应用具有根本的重要性。利用光致发光（PL）和激发光谱（PLE）在460 ~ 650 nm的宽波长范围内对金刚石中少量带负电荷的硅空位（SiV $^{-}$）和锗空位（GeV $^{-}$）中心系综的能级结构进行了实验研究，并进行了与功率相关的饱和度测量.对于SiV $^{-}$，我们的实验结果证实了在~ 2.31 eV处存在更高能量的跃迁。通过与详细的理论模拟的虚介电函数的比较，我们解释的过渡作为一个偶极允许的过渡从$^{2}E_{g}$ -状态到$^{2}A_{2u}$ -状态，相应的$a_{2u}$ -水平位于金刚石价带深处。因此，金刚石带加宽了过渡。在更高的激发功率为10 mW，我们表示的宇称守恒过渡在~2.03 eV的饱和测量支持的迹象。对于GeV的$^{-}$，我们证明了PLE谱与零声子线（ZPL）的PL谱的镜像很好地吻合。在实验上，我们没有观察到一个更高的躺在能级的跃迁波长为460 nm。观察到的PL光谱是相同的，独立于激发波长，表明快速衰减到$^{2}E_{u}$激发态，然后光学跃迁到$^{2}E_{g}$基态。我们的研究为基于金刚石中SiV $^{-}$心和GeV $^{-}$心的未来量子光学和量子传感实验提供了重要的启示。
2017-05-30 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Optical properties of a diamond NV color center from capped embedded multiconfigurational correlated wavefunction theory
Princeton Plasma Physics Laboratory（普林斯顿等离子体物理实验室）
研究通过帽式嵌入多配置相关波函数理论计算钻石中NV色心的电子激发能级，验证了该方法在预测三线态和单线态激发能级的准确性，误差小于0.1eV。
2025-05-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el quant-ph
Imaging dark charge emitters in diamond via carrier-to-photon conversion
将宽带隙半导体中的色心应用于纳米级传感和量子信息处理，很大程度上取决于我们对周围晶格的了解，而晶格常常被材料可能存在的无数类点缺陷所掩盖。在这里，我们监测荧光从带负电荷的氮空位（NV-）中心的钻石，因为我们照亮其附近。对激发光束敏感的相邻点缺陷的循环电荷状态转换导致光生载流子的位置依赖性流，其被探针NV-捕获导致荧光变化。这种“电荷到光子”的转换方案使我们能够对探针NV周围的其他单个点缺陷进行成像，包括非荧光的“单电荷发射体”，否则这些缺陷将被忽视。鉴于色心光致变色的普遍性，这种策略可能会扩展到钻石以外的材料系统。
2022-01-13 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
The electronic structure of the silicon vacancy color center in diamond
金刚石中带负电荷的硅空位（SiV）色心最近被证明适合于明亮和稳定的单光子发射。然而，到目前为止，它的电子结构仍然难以捉摸。在这里，我们探索的电子结构，通过暴露单个SiV缺陷的磁场塞曼效应升降机的磁子能级的简并。在低应变参考样品中的单中心和SiV系综的类似响应证明了我们制造几乎完美的单SiV的能力，揭示了缺陷的电子性质的真实性质。我们使用群论方法模拟的电子态产生了很好的协议与实验观察。此外，该模型正确地预测了单SiV中心的极化测量，并解释了最近发现的SiV缺陷的自旋选择性激发。
2013-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Role of lithium intercalation in fluorine-doped tin oxide thin films: Ab-initio calculations and experiment
使用相结合的实验技术和密度泛函理论（DFT）的计算，锂插入氟掺杂的SnO $_2$（FTO）的电子和电化学性能的影响进行评估。为此，我们研究了商业FTO电极嵌入在高氯酸锂（LiClO $_4$）溶液中的电致变色行为。通过紫外可见光谱、循环伏安法和计时电流法对电致变色性能进行了评价。这些测试表明FTO表现出电致变色性，具有可观的显色效率（$η=47.9$ cm $^2$ /C@637 nm）。DFT研究表明，锂在晶格中保持电离状态，使费米能级提高约0.7 eV，进入导带。X射线光电子能谱学（XPS）用于研究化学键和氧化态。的Sn 3d核心水平的XPS分析表明，在FTO中的锂插入诱导的Sn 3d状态的350 meV的移位，这表明锂被纳入到SnO $_2$晶格。
2022-02-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Methods for color center preserving hydrogen-termination of diamond
本文研究在氢终止金刚石时保护近表面NV色心的方法，提出氮氢混合气体退火与无主动加热微波氢等离子体两种低损伤方案，并结合XPS、DFT和光致发光验证其效果。
2024-06-18 cond-mat.mtrl-sci
Development of a novel Light and Ion Beam Induced Luminescence (LIBIL) setup for in-situ optical characterization of color centers in diamond
本文研制了新型LIBIL装置，通过对比IIa型和Ib型金刚石的IL与IPL测量，发现发光猝灭速度与离子束电流存在非平凡依赖关系，并证明NV⁻零声子线仅在IPL中出现，表明离子注入与光学表征一体化可揭示色心形成动力学。
2024-12-28 cond-mat.mtrl-sci
Si and N - vacancy color centers in discrete diamond nanoparticles: Raman and fluorescence spectroscopic studies
本研究报道了一种创新的方法，通过自上而下的方法，通过控制氧化预合成的纳米金刚石（NCD）膜，制备离散的金刚石纳米颗粒或纳米金刚石（ND）的高结构和光学质量。使用原子力显微镜（AFM），拉曼光谱和荧光光谱（FL），这些ND的结构和光学性质进行了研究。虽然AFM分析证实了具有从几十纳米到约一微米变化的不同尺寸的离散ND的均匀分布，但光谱研究揭示了存在杂质-空位相关的色心，其在637和738 nm处表现出FL作为颗粒尺寸的函数。此外，在接近液氮的温度下，观察到所有ND的强烈发射源自与N和Si（SiV-）相关的空位中心。详细的频谱分析进行了这些ND的结构缺陷。金刚石拉曼谱带的半峰全宽（~ 1332 cm-1）仅为1.5 cm-1，显示了金刚石纳米片优异的结构质量。此外，SiV-的金刚石拉曼光谱和FL光谱的映射证实了ND在整个衬底中的均匀分布。拉曼和FL光谱的窄线宽和峰位置的最小偏移证实了这一点。
2019-01-09 cond-mat.mtrl-sci
Production of oriented nitrogen-vacancy color centers in synthetic diamond
金刚石中带负电荷的氮空位（NV-）中心是一个有吸引力的候选者，其应用范围从磁性测量到量子信息处理。在这里，我们表明，只有一小部分的氮（通常<0.5%），在同质外延金刚石生长的化学气相沉积（CVD）是在未装饰的NV-中心的形式。此外，对在（110）取向衬底上生长的CVD金刚石的研究表明，NV-中心仅沿着[1 - 11]和[-1-11]方向而不是四种可能的取向接近100%优先取向。结果表明，随着金刚石的沉积，NV中心以单元的形式生长，而不是通过其组分的迁移和缔合。NVH-的NV单元类似地优先取向，但不可能确定该缺陷是由优先对准的NV中心处的H捕获形成的还是作为完整的单元形成的。将NV取向的数量从4个取向减少到2个取向应导致光学检测的磁共振对比度增加，从而提高基于系综的磁力测定中的磁灵敏度。
2011-12-24 cond-mat.mtrl-sci
Creating diamond color centers for quantum optical applications
金刚石中的氮空位（NV）中心作为固态量子比特具有独特的前景。这是因为它们具有大的偶极矩、方便的能级结构和很长的室温相干时间。通常，离子辐照和随后的退火的组合用于创建中心，然而对于量子计算的严格要求，需要优化所有工艺，并且必须减轻由于注入工艺本身引起的残余损伤引起的退相干。为此，我们研究了由2 MeV He离子注入形成的NV $^-$、NV $^0$和GR 1心的光致发光（PL）。样品在$600^{\circ}$ C下退火以使残余空位扩散最小化，从而允许同时分析来自NV中心的PL和辐照诱导空位（GR 1）。我们发现随着离子注量的增加，非单调的PL强度，单调增加的PL在NV $^0$ /NV $^-$和GR 1/（NV $^0$ + NV $^1$）的比例，并增加非均匀加宽的零声子线的离子注量。所有这些结果都为NV量子比特的最佳形成条件提供了重要的启示。我们将我们的研究结果应用到一个非共振光子量子存储方案，使用振动边带。
2007-10-29 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Comparison of the photoluminescence properties of semiconductor quantum dots and non-blinking diamond nanoparticles. Observation of the diffusion of diamond nanoparticles in living cells
在单分子水平的光致发光的长期观察，直到最近非常困难，由于光漂白的有机？荧光团分子。虽然无机半导体纳米晶体可以克服这一困难，显示出非常低的光漂白产率，但它们遭受光闪烁。最近引入了一种新的标记，依赖于含有光致发光色心的金刚石纳米颗粒。在这项工作中，我们比较了单量子点（QD）的光致发光的纳米金刚石含有一个单一的颜色中心。与其他标记相反，光致发光纳米金刚石具有完美的光稳定性，并且没有光闪烁。在它们的激发饱和时，纳米金刚石的光致发光强度仅比量子点的光致发光强度小三倍。此外，纳米金刚石的明亮和稳定的光致发光允许宽场观察单个纳米颗粒的运动。我们证明了记录这种单个粒子在培养细胞中的轨迹的可能性。
2009-04-17 cond-mat.mtrl-sci physics.optics 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
A Germanium-Vacancy Single Photon Source in Diamond
金刚石色心是量子密码学和量子信息处理的理想固体平台。对于这些应用，需要具有高强度和可再现制造方法的单光子源。在这里，我们报告了一种新的色心，由锗（Ge）和空位（V）组成，并命名为GeV中心，它具有尖锐和强烈的光致发光带，在室温下在602 nm处的零声子线。我们证明了这个新的色心作为一个单一的光子源。离子注入和化学气相沉积技术都可以在金刚石中制造GeV中心。第一性原理计算揭示了GeV中心的原子晶体结构和能级。
2015-03-17 cond-mat.mtrl-sci
An \emph{ab initio} study on split silicon-vacancy defect in diamond: electronic structure and related properties
金刚石中的分裂硅空位缺陷（SiV）是一种具有电活性和光学活性的色心。最近，它已被证明，这个色心是明亮的，可以检测到在单一的缺陷水平。此外，SiV缺陷显示出非零电子自旋基态，这可能使该缺陷成为除了众所周知的金刚石中的氮空位色心之外的量子光学和计量应用的替代候选者。然而，缺陷的电子结构，光激发的性质和其他相关性质还没有得到很好的理解。在这里，我们提出了先进的\emph{ab initio}研究金刚石中的SiV缺陷。我们确定了缺陷的形成能、电荷跃迁能级和激发态的性质。我们的研究解开了与1.68 eV光致发光中心相关的带负电荷的SiV缺陷的黑暗或搁置状态的起源。
2013-10-14 cond-mat.mtrl-sci
Creation and characterization of He-related color centers in diamond
金刚石在量子光学、量子信息和量子传感等领域有着广泛的应用前景。因此，制造和表征具有合适的光物理性质的新型发光缺陷对于这些研究领域的进一步发展至关重要。在这项工作中，我们报告的调查，在光致发光（PL）缺陷的形成后，MeV的He注入金刚石。这种色心，以前只报道在电致发光和阴极射线发光制度，表现出两个尖锐的发射线在536.5 nm和560.5 nm，没有显着的声子边带。在10^15-10^17 cm^{-2}注量范围内，上述发射线的PL强度与He注入注量有很强的相关性。在对照样品中未检测到PL发射特征，对照样品即未经辐照或用不同离子种类（H、C）辐照的样品。此外，PL发射线消失的样品，氦注入石墨化阈值以上。因此，PL特征归因于与He杂质相关的金刚石基质中的光学活性缺陷。536.5 nm和560.5 nm发射线的强度作为金刚石衬底的退火温度的函数进行了研究。在高于500°C的温度下退火时观察到发射，代价是同时降低中性空位相关的GR 1发射强度。因此，我们的研究结果表明，发光起源于一个稳定的晶格缺陷的形成。最后，在不同的激光激发波长（即532 nm和405 nm）下的发射进行了研究，目的是获得一个初步的洞察有关的水平在金刚石的能隙的位置。
2016-06-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Site selective growth of heteroepitaxial diamond nanoislands containing single SiV centers
我们展示了可控制备异质外延金刚石纳米和微结构的硅晶片为基础的铱膜作为主机的单一色心。我们的方法使用电子束光刻，然后反应离子蚀刻图案的碳层形成的偏压增强成核的铱表面上。在随后的化学气相沉积工艺中，图案化区域演变成直径<500 nm且高度约为100 nm的（001）取向的金刚石纳米岛的规则阵列。60 nm。在岛上，我们确定了单一的SiV色中心与窄零声子线下降到1 nm，在室温下。
2016-02-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
A cavity-based optical antenna for color centers in diamond
有效的原子-光子界面是将诸如金刚石色心的固态发射体集成到量子技术应用中的关键要求。然而，就像其他固态发射器一样，由于主体晶体的高折射率，它们向自由空间的发射受到严重限制。在这项工作中，我们提出了一个平面光学天线的基础上，两个银镜涂在一个薄的单晶金刚石膜，形成一个平面法布里-珀罗腔，提高了光子提取从单个锡空位（SnV）中心，以及他们的耦合到激发激光。在数值优化的结构，我们发现理论上的增强可收集的光子率的一个因素为60相比，散装的情况下。作为一个证明的原理演示，我们制造的单晶金刚石膜与子$μ$ m的厚度和创建SnV中心的离子注入。采用非共振激发，我们显示了6倍的可收集的光子率增强，产生高达50万光子每秒从一个单一的SnV中心。与此同时，我们观察到根据理论所需的激发功率的显着降低，证明了腔作为光学天线的功能。由于其平面设计，天线同时为膜内的大量发射器提供类似的增强。此外，单片结构提供了高机械稳定性，并且直接使得能够在大多数自旋光子接口实现中所需的低温条件下操作。
2021-05-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Evaluations of pressure-transmitting media for cryogenic experiments with diamond anvil cell
为了寻找适用于低温物理的传压介质，采用金刚石对顶砧（DAC）装置，在室温、77 K、10 GPa的压力范围内，对14种传压介质进行了红宝石荧光法评价。所研究的介质是Fluorinert FC-70和FC-77、Daphne 7373和7474、NaCl、硅油（聚二甲基硅氧烷）、凡士林、2-丙醇、甘油的1：1体积混合物、$n$ -戊烷和异戊烷的1：1体积混合物、甲醇和乙醇的4：1体积混合物、石油醚、氮气、氩气和氦气。本文从红宝石$R_1$荧光线的展宽效应出发，讨论了压力的非流体静力学性质。在室温下，高于液固转变压力时，$R_1$线基本上变宽。然而，非流体静力学效应在低温低压区的所有介质中不断发展。讨论了低温区介质中非静力效应的相对强度。红宝石$R_1$谱线在氮气、氩气和氦气介质中的展宽效应在77 K时都很小，这表明该介质更适合于在高达10 GPa的高压下使用DAC进行低温实验。在4.2K下也证实了三种介质的可用性。
2010-01-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
A telecom O-band emitter in diamond
本文在掺硅体单晶金刚石和微金刚石中发现一种电信 O 波段新型色心，并通过吸收、光致发光和瞬态吸收光谱确定其零声子线、声子伴线及激发态寿命。
2022-11-11 cond-mat.mtrl-sci
Engineering NV Centers via Hydrogen-Driven Defect Chemistry in CVD Diamonds for Quantum Applications: NVHx Dissociations into NV, Origin of 468nm Center, and Cause of Brown Coloration
本文通过杂化DFT计算和光谱分析揭示了CVD金刚石中氢在NV色心形成中的关键作用，鉴定468nm中心为NVH-缺陷，并证明NVHx复合物在辐照退火后解离为NV色心，为优化量子应用金刚石合成提供了统一缺陷化学图景。
2025-06-30 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph physics.comp-ph
A new, enhanced diamond single photon emitter in the near infra-red
金刚石中的单个色心在近期的量子技术包括量子密钥分发和计量学中是有希望的。在这里，我们展示了一个新的色心，它具有超过两个主要的停留中心，即氮空位和NE8中心的电子物理性能的制造。新的中心是利用聚焦离子束注入镍到孤立的化学气相沉积金刚石微晶。室温下的光致发光研究表明，在近红外区域的中心在768 nm的寿命短至2 ns的窄发射。它的聚焦离子束兼容性为纳米分辨率的制造和集成量子光子器件的实现开辟了前景。初步研究表明，这个中心来自一个尚未表征的镍硅复合物。
2009-02-18 cond-mat.mtrl-sci
Ultrafast Laser Induces Macroscopic Symmetry-Breaking of Diamond Color Centers
Beijing Institute of Spacecraft Environment Engineering（北京空间环境工程技术中心）；Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics and Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所凝聚态物理国家实验室）；Songshan Lake Materials Laboratory（松山湖材料实验室）
研究超快激光激发下钻石色心的电子-声子-自旋耦合动力学，揭示C3v对称性破缺的 charge ordering 及其诱导的非局域相干声子传播机制。
2026-05-12 cond-mat.mtrl-sci
Dimensionality-Driven Charge Stabilization of Group-IV Color Centers in Diamond Ultrathin Films
Beijing Computational Science Research Center（北京计算科学研究中心）
通过第一性原理计算，发现金刚石超薄膜中的维度限域和表面终止可协同调控带隙，稳定中性IV族空位色心的电荷态，无需掺杂，并保持光学跃迁能量。
2026-06-07 cond-mat.mtrl-sci
High pressure, high temperature molecular doping of nanodiamond
作为新兴量子技术基础的钻石色心的发展受到离子注入产生适当缺陷的需要的限制。我们提出了一种不需要离子注入的多功能掺杂金刚石的方法，通过合成掺杂的无定形碳前驱体和在高温高压下的转变。为了探索这种自下而上的色心产生方法，我们合理地在纳米金刚石中产生硅空位缺陷，并研究它们用于光学压力计量。此外，我们表明，这个过程可以产生惰性气体缺陷金刚石从典型的惰性氩气压力介质，这可以解释在其他高压实验中观察到的滞后效应和一些陨石纳米金刚石中的惰性气体的存在。我们的研究结果说明了一个一般的方法来产生钻石色心，并可能使设计缺陷的控制产生。
2018-04-01 cond-mat.mtrl-sci
