Creation of Negatively Charged GeV and SnV centers in Nanodiamonds via Ion Implantation
本文通过离子注入在纳米金刚石中制备GeV和SnV色心，实现高纯度单光子发射，为纳米尺度量子光子学与传感应用奠定基础。
2025-04-09 quant-ph
Silicon-vacancy color centers in phosphorus-doped diamond
掺杂磷（n型）金刚石中色心的受控产生可以促进量子光子器件的电子集成，例如在电注入时操作的单光子源。硅空位（SiV）色心是很有前途的候选者，但迄今为止，在磷掺杂金刚石单光子发射的条件还没有调查。在这项研究中，我们创建SiV色心在金刚石样品中具有不同的磷浓度，并显示由于掺杂，氮杂质和离子注入诱导的缺陷的荧光背景可以显着抑制。在低注量硅离子注入下，在掺磷金刚石中获得了单光子发射体。
2019-12-19 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph quant-ph
On the creation of near-surface nitrogen-vacancy centre ensembles by implantation of type Ib diamond
研究评估向富氮 Ib 型金刚石注入电子给体以制备近表面 NV 中心系综，发现其相对纯金刚石注氮优势有限，并指出退火时表面终端控制是高产率的关键。
2022-10-29 cond-mat.other quant-ph
Optical coherence of diamond nitrogen-vacancy centers formed by ion implantation and annealing
金刚石中氮空位（NV）中心等固态发光体的量子光学科学与技术的发展关键依赖于发光体光学跃迁的相干性。在精确控制的位置处产生NV中心的广泛采用的策略是氮离子注入，然后是高温退火工艺。我们报告的实验数据直接相关的NV中心的光学相干的氮原子的起源。这些研究揭示了低应变，窄光学线宽（$<500$ MHz）NV中心形成的自然发生的$^{14}$ N原子。相比之下，由注入的$^{15}$ N原子形成的NV中心表现出显著加宽的光学跃迁（$>1$ GHz）和更高的应变。数据表明，由注入氮形成的NV中心的光学相干性差不是由于与金刚石或同位素相关的固有效应。这些结果直接影响到当前NV中心创建协议的定位精度，并指出需要进一步研究晶格损伤对注入离子的NV中心的相干性的影响。
2019-04-23 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Creation of color centers in diamond by recoil implantation through dielectric films
本研究通过介电薄膜反冲注入法，在金刚石中可控产生近表面NV和SiV色心，为量子技术提供新途径。
2023-12-29 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
Three-dimensional localization of spins in diamond using 12C implantation
我们证明了一个单一的氮空位（NV）在金刚石中心的三维本地化相结合的氮掺杂生长过程中与生长后12 C注入技术，促进空位形成的晶体。我们表明，NV密度可以控制注入剂量，而不需要增加氮掺入。通过纳米级孔径注入大剂量的12 C，我们可以将单个NV中心定位在（~180 nm）**3的体积内的确定性位置，同时可重复地保持相干时间（T2）> 300 μs。我们的方法能够将NV中心集成到金刚石纳米结构中，以实现可扩展的自旋传感器件以及由光子和声子介导的相干自旋耦合。
2014-05-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Impact of surface and laser-induced noise on the spectral stability of implanted nitrogen-vacancy centers in diamond
利用金刚石中的氮空位中心的量子网络技术的可扩展实现需要在紧邻表面处创建光学相干NV中心以用于耦合到光学结构。我们通过$^{15}$ N离子注入和高温真空退火产生单NV中心。NV中心的起源是通过用于氮同位素鉴定的光学检测磁共振光谱来建立的。对于大多数正常注入（7个$^\circ$，$\approx$ 100 nm深）$^{15}$ NV中心，观察到接近寿命限制的光学线宽（$<$ 60 MHz）。NV $^-$电荷状态和发射频率的长期稳定性得到证明。NV-表面相互作用的效果进行了研究，通过改变注入角度为一个固定的离子能量，从而晶格损伤的档案。与正常注入条件相比，来自预注入（85 $^\circ$，$\approx$ 20 nm深）的NV表现出显著降低的光学相干性。我们的研究结果表明，表面是一个更大的扰动源比注入损伤浅注入纳米粒子。这项工作支持离子注入的可行性，形成光学稳定的NV中心。然而，仔细的表面准备将是必要的可扩展的缺陷工程。
2021-08-06 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Maskless Generation of Single Silicon Vacancy Arrays in Silicon Carbide by a Focused He+ Ion Beam
在固态系统中精确产生自旋缺陷对于纳米结构荧光增强是必不可少的。研究了用氦离子显微镜在碳化硅中产生单硅空位缺陷阵列的方法。无掩模和靶向产生可以通过精确控制聚焦的He+离子束实现，注入不确定度为60 nm。通过测量光学检测的磁共振谱和室温光致发光谱来鉴定所产生的硅空位。系统地研究了注入离子剂量对硅空位产生的影响。优化后，转化率达到6.95%，单个硅空位的产生率达到35%.这一工作为色心与光子结构的集成和工程化以及基于碳化硅自旋缺陷的量子传感的应用奠定了基础。
2022-09-18 quant-ph
Hot ion implantation to create dense NV centre ensembles in diamond
针对金刚石离子注入制备NV中心产率低、高注量易损伤晶格的问题，提出高温N₂离子注入方法，提升发光强度且避免高注量石墨化，为高性能量子传感用金刚石薄膜优化提供新路径。
2023-11-09 physics.app-ph quant-ph
Efficient creation of shallow NV$^-$ ensembles by high-angle ion implantation
The University of Tokyo（东京大学）；National Institute of Advanced Industrial Science and Technology（国立产业技术综合研究所）；National Institute for Materials Science（国立材料研究所）
本文通过高角度离子注入（>60°）提高浅层NV$^-$中心的制备效率，实现近10%产率和低于10nm深度，且相干性质优异，可用于检测范德瓦尔斯材料中的核自旋。
2026-09-22 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Efficient creation of dipolar coupled nitrogen-vacancy spin qubits in diamond
金刚石中氮空位缺陷电子自旋的相干耦合对或多聚体具有许多有前景的应用，特别是在量子信息处理（QIP）中，而且在纳米传感应用中。自旋量子位的可扩展寄存器对于QIP的发展至关重要。离子注入是唯一已知的能够产生足够接近的缺陷对以允许通过偶极相互作用进行自旋耦合的技术。虽然已经提出了几种竞争的方法来提高离子注入的分辨率，但工作寄存器的可靠创建仍有待证明。当前的限制是残余辐射引起的缺陷，导致量子位性能下降，作为定位精度的折衷。在这里，我们提出了一个优化的估计纳米掩模注入参数，最有可能在标准条件下产生相互作用的量子位。我们将我们的研究结果应用到一个成熟的技术，即掩模写在电子束光刻，以创建一个合理的概率耦合缺陷对。此外，我们调查的缩放行为和必要的改进，以有效地工程相互作用的自旋架构。
2016-10-04 cond-mat.mes-hall 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
Generation of Ensembles of Individually Resolvable Nitrogen Vacancies Using Nanometer-Scale Apertures in Ultrahigh-Aspect Ratio Planar Implantation Masks
在金刚石中开发磁耦合量子寄存器的核心挑战是制造具有低于~20 nm的定位的氮空位（NV）中心，以实现与NV退相干速率相比的快速偶极相互作用。在这里，我们展示了使用厚度为270纳米且特征尺寸低至~1纳米的掩模来有针对性地高通量形成NV中心。超分辨率成像分辨具有$26\pm7$ nm的全宽最大分布和$16\pm5$ nm的NV-NV分离分布的NV。
2014-12-20 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Oxygen-vacancy quantum spin defects in silicon carbide
University of Science and Technology of China（中国科学技术大学）；Hefei National Laboratory（合肥国家实验室）；Zhejiang University（浙江大学）
研究揭示硅碳中PL5和PL6中心的氧空位起源，通过化学和同位素控制策略确定其结构，为确定性工程这些缺陷奠定基础，推动可扩展的光子器件和高灵敏度量子传感器发展。
2026-03-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.comp-ph
Enhanced magnetic field sensitivity of shallow NV$^-$ ensembles via high-temperature implantation
针对高注量离子注入制备浅埋NV$^-$系综时产率低、易非晶化及自旋特性劣化的问题，研究不同温度下的N$_2^+$注入，发现800℃高温注入可提升产率且不损害自旋特性，为提升金刚石量子传感器磁场灵敏度提供新途径。
2025-09-06 quant-ph
Generation of Spin Defects by Ion Implantation in Hexagonal Boron Nitride
宽禁带半导体中自旋缺陷的光寻址作为量子信息和传感应用的一个重要系统，近年来受到越来越多的关注。二维材料中的自旋缺陷由于其原子厚度的特殊性，在量子传感中具有独特的优势。在这里，我们证明了负硼电荷的空位（V $ _\text{B}^{-} $）具有良好的自旋特性的六方氮化硼可以通过离子注入产生。我们在室温下进行光学检测的磁共振测量，以表征V $ _\text{B}^{-} $缺陷的自旋特性，显示$ \sim $ 3.47 GHz的零场分裂。我们比较了不同注入参数（如注量、能量和离子种类）产生的V $ _\text{B}^{-} $缺陷的光致发光强度和自旋特性。在适当的参数下，我们可以以高的概率成功地产生V $ _\text{B}^{-} $缺陷。我们的研究结果提供了一种在hBN中产生自旋缺陷的简单可行的方法，这对于hBN基集成器件的研究具有重要意义。
2022-01-14 quant-ph
Narrow-linewidth homogeneous optical emitters in diamond nanostructures via silicon ion implantation
金刚石中带负电荷的硅空位（$\mathrm{SiV}^{-}$）中心是一个明亮的不可分辨的单光子源，也是量子信息协议中的有用资源。到目前为止，$\mathrm{SiV}^{-}$中心具有窄的光学线宽和小的不均匀分布的$\mathrm{SiV}^{-}$跃迁频率仅在金刚石生长过程中掺杂硅的样品中被报道。我们提出了一种技术，用于生产植入$\mathrm{SiV}^{-}$中心，几乎寿命有限的光学线宽和一个小的不均匀分布。这些性质在纳米纤维化后仍然存在，为将高质量的$\mathrm{SiV}^{-}$中心并入纳米光子器件铺平了道路。
2016-04-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
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
Magnesium-vacancy optical centers in diamond
我们提供了第一个系统的表征的结构和光致发光特性的光学活性的缺陷中心后，在人造金刚石注入30-100 keV的Mg+离子。通过在室温和800 °C下进行的27 Mg掺杂的发射沟道技术研究了Mg相关缺陷的结构构型，这允许鉴定与MgV络合物的分裂空位结构相容的位点中的大部分Mg原子（~30-42%）。在置换位点上发现较小比例的Mg原子（~13-17%）。在5 K和300 K之间的温度范围内，在集合和单个缺陷水平下研究了光致发光发射，提供了与MgV相关的发射特性的详细图片，并揭示了以前未报道的光谱特征的发生。的MgV中心的光激发性也进行了研究，作为一个功能的光激发波长，使确定光稳定和强烈的发射的最佳条件。初步的实验数据和理论模型在文献中的上下文中讨论的结果，具有吸引力的观点利用的可调性能的MgV中心的量子信息处理应用。
2022-06-17 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Coherent Manipulation with Resonant Excitation and Single Emitter Creation of Nitrogen Vacancy Centers in 4H Silicon Carbide
碳化硅（SiC）由于其能够承载光学可寻址的自旋量子位和晶圆尺寸的样品，已成为实现可扩展量子技术的关键参与者。在这里，我们已经证明了光学检测磁共振（ODMR）与共振激发，并清楚地确定了基态能级的NV中心在4 H-SiC。用Rabi和Ramsey振荡实现了SiC中NV中心的相干操纵。最后，我们成功地产生和表征的单氮空位（NV）中心的SiC采用离子注入。我们的研究结果是突出的关键作用的NV中心在SiC作为一个潜在的候选量子信息处理。
2022-10-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Fabrication of quantum emitters in aluminium nitride by Al-ion implantation and thermal annealing
本研究通过铝离子注入和热退火在氮化铝中制备量子发射体，发现发射体密度随注量增加，600°C退火在最大注量下获得最佳产率，揭示了空位形成机制的关键作用。
2023-10-31 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph 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
Creation of Depth-Confined, Shallow Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond With Tunable Density
Materials Department, University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校材料系）；Division of Engineering and Applied Science, California Institute of Technology（加州理工学院工程与应用科学部）；Department of Physics, University of California, Santa Barbara（加州大学圣塔芭芭拉分校物理系）；Department of Materials Science and Engineering, Stanford University（斯坦福大学材料科学与工程系）
通过δ掺杂在金刚石生长过程中制备浅层氮-空位中心，实现了对NV深度约束和密度的可调控制，从而获得高灵敏度的单个缺陷和集合，并展示了在二维磁体CrSBr中成像磁性的应用。
2025-12-12 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
Spectral emission dependence of tin-vacancy centers in diamond from thermal processing and chemical functionalization
我们报告了一个系统的光致发光（PL）的光谱发射特性的研究在离子注入和退火后，在金刚石中制造的个别光学缺陷。在620 nm、631 nm和647 nm处的三条谱线被识别并归因于SnV中心，这是由于它们出现在非常相同的单光子发射缺陷的PL光谱中。我们表明，这三个光谱特征的相对发生率可以通过氧化热退火后的样品表面进行修改。最后，我们报告了每一类单个发射体的相关发射性质，包括激发态发射寿命和发射强度饱和参数。
2021-06-14 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Room-temperature coherent control of implanted defect spins in silicon carbide
最近，碳化硅（SiC）中与空位相关的自旋缺陷已被证明可能适用于多功能量子接口构建和可扩展的量子网络构建。已经进行了大量的努力来识别SiC中的自旋系统，并使用大规模生长和先进的纳米纤维方法来扩展它们的量子能力。在这里，我们证明了一种类型的自旋缺陷的4H多型体的SiC通过氢离子注入与高温后退火，这是不同于任何已知的缺陷。这些自旋缺陷甚至在室温下也可以被光学寻址和相干控制，并且它们的荧光光谱和光学检测的磁共振光谱不同于任何先前发现的缺陷。此外，通过优化注入后的退火温度，可以很好地控制这些缺陷的产生。这些缺陷表现出高的热稳定性与相干控制的电子自旋，促进其应用在量子传感和脉泽在恶劣条件下。
2020-04-14 physics.app-ph quant-ph
Efficient formation and identification of single emitters in 4H-SiC following maskless heavy ion implantation
University of Surrey（萨里大学）；Luxembourg Institute of Science and Technology (LIST)（卢森堡科学与技术研究所）；University of Luxembourg（卢森堡大学）；Surrey Ion Beam Centre, University of Surrey（萨里大学苏塞离子束中心）；Ionoptika Ltd（Ionoptika有限公司）
本研究采用低能无掩模重离子铋和锡注入4H-SiC，通过900-1000℃退火获得产率达18%的孤立亮单光子发射器，提出分级表征方案实现高效识别，为室温量子技术提供可行方案。
2026-08-28 quant-ph
Optical tuning of the diamond Fermi level measured by correlated scanning probe microscopy and quantum defect spectroscopy
本研究利用局域激光氧化氢化金刚石表面，并结合C-AFM、KPFM与浅层NV、SiV缺陷光谱，实现至少2.00 eV范围的费米能级精确调控及量子缺陷电荷稳定。
2023-09-27 physics.app-ph quant-ph
Chemical control of the charge state of nitrogen-vacancy centers in diamond
我们研究了表面终止对氮空位中心电荷状态的影响，这些氮空位中心已被离子注入金刚石表面以下几纳米。我们发现，当将表面末端从氧改变为氢时，之前稳定的NV-中心转化为NV 0，随后转化为未知的非荧光状态。发现这种效应强烈地依赖于注入剂量。电子能带结构的模拟证实了NV-在氢终止表面附近的消失。诱导p型表面导电层的能带弯曲导致靠近表面的氮空位中的电子耗尽。因此，氢表面终止为控制金刚石中氮空位中心的电荷状态提供了一种化学途径。此外，它为使用外部栅电极对电荷状态进行静电控制开辟了道路。
2010-12-15 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
NMR Technique for Determining the Depth of Shallow Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond
我们证明了一个强大的实验方法来确定个人浅氮空位（NV）中心的深度与$\sim1$ nm的不确定性在金刚石。我们使用共聚焦显微镜来观察单个NV中心，并检测到在金刚石表面上的目标浸渍油产生的质子核磁共振（NMR）信号，该目标浸渍油具有很好的核自旋性质。我们确定NV中心的深度，通过分析NV NMR数据，使用一个模型，描述了一个单一的NV中心的相互作用与极化质子自旋浴。我们重复这个过程中的大量的个人，浅NV中心，并比较所得的NV深度的平均值预期从模拟的离子注入过程中用于创建NV中心，具有合理的协议。
2015-08-18 cond-mat.mes-hall 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
CVD-growth of ultra-pure diamond, generation of NV centers by ion-implantation and their spectroscopic characterization for quantum technological applications
摘要近年来，金刚石中的氮空位（NV）中心在量子技术中的应用引起了人们的广泛关注。NV心系综的确定性产生可以促进量子传感、多体量子系统、多体纠缠等方面的研究，本文报道了金刚石中NV心的确定性产生及其表征的全过程：通过化学气相沉积（CVD）生长金刚石薄膜、离子注入和共焦显微镜对缺陷心的光谱表征。本文介绍了一种用于制备单晶同质外延金刚石薄膜的微波辅助化学气相沉积装置。薄膜的制备与最小化的氮浓度，这是通过光致发光测量证实。我们展示了一种原位超高真空（UHV）注入和加热过程中使用一种新的实验装置创建NV中心。第一次热注入已被证明可以防止表面充电效应。我们没有观察到由于超高压加热导致的石墨化。通过优化注入参数，可以以精确的方式注入NV中心。我们提出了大面积映射的样品，以确定中心的分布和描述的光谱技术的中心的表征。减少由环境噪声引起的退相干对于量子技术中的许多应用是至关重要的。我们证明了改善的相干时间T_{2}的NV自旋通过抑制它们与周围的自旋浴使用强大的动态去耦序列的相互作用。
2019-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Narrow Inhomogeneous Distribution and Charge State Stabilization of Lead-Vacancy Centers in Diamond
本研究通过2300°C高温退火在金刚石中形成PbV中心，解决了其非均匀分布宽和电荷态不稳定的问题，获得了多个光子频率一致的稳定PbV中心，为量子信息处理应用奠定基础。
2025-05-01 quant-ph
Narrow-linewidth tin-vacancy centers in a diamond waveguide
将固态量子发射器与光子电路集成是实现大规模量子光子处理器的关键。金刚石中带负电荷的锡空位（SnV $^-$）中心由于其优异的光学和自旋性质（包括窄线宽发射和长自旋相干时间）而成为量子发射体的有希望的候选者。SnV $^-$中心需要结合在光波导中，以有效地在芯片上路由它们产生的光子。然而，这种融合尚未实现。在这封信中，我们展示了SnV $^-$中心到纳米光子波导的耦合。我们实现这一设备，利用我们最近开发的浅离子注入和生长方法产生高品质的SnV $^-$中心和先进的准各向同性金刚石制造技术。我们确认这些技术的兼容性和鲁棒性，通过成功的窄线宽SnV $^-$中心（窄至$36\pm2$ MHz）的金刚石波导耦合。此外，我们研究了波导耦合SnV $^-$中心共振激发下的稳定性。我们的研究结果是一个重要的一步SnV $^-$为基础的芯片上的自旋光子接口，单光子非线性，光子介导的自旋相互作用。
2020-07-28 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
Towards Deterministic Creation of Single Photon Sources in Diamond using In-Situ Ion Counting
我们提出了一个原位计数离子注入实验，减少离子数的误差为5%，使量子应用的宽带隙半导体高产量的单光子发射器件的制造。典型的聚焦离子束注入依赖于知道束电流和设置离子脉冲的脉冲长度以限定在每个位置处注入的离子的数量，在本文中称为定时注入。这个过程主要是由泊松统计导致的大的误差为低数量的注入离子。相反，我们使用原位检测来测量到达衬底的离子的数量，导致用于在金刚石中产生单个光学活性硅空位（SiV）缺陷的注入离子的数量的误差比定时注入减少两倍。此外，通过注入后分析，我们可以进一步减少误差，导致与定时注入相比提高了七倍，使我们能够更好地估计注入Si到SiV的转换产率。我们通过光致发光光谱检测SiV发射体，确定每个位置的发射体的数量，并计算产率为2.98 ± 0.21 /-0.24%。候选单光子发射器进一步调查Hanbury-Brown-Twiss干涉法确认，82%的位置表现出单光子发射统计。当离子计数与提高SiV的活化产率的方法结合使用时，这种计数离子注入技术为确定性地产生SiV铺平了道路。
2021-12-03 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Tunable and Transferable Diamond Membranes for Integrated Quantum Technologies
钻石中的色心在量子技术中被广泛用作量子比特。然而，在器件异质结构中这些金刚石托管量子位的有效和高效集成方面仍然存在挑战。在这里，纳米级厚的均匀金刚石膜是通过“智能切割”和同位素（12 C）纯化的过度生长合成的。这些膜具有可调的厚度（证实为50 nm至250 nm），可确定地转移，具有双边原子平坦表面（Rq <= 0.3 nm）和体金刚石样结晶度。色心的合成是通过植入和原位生长掺入。在110 nm厚的膜，个别锗空位（GeV-）中心表现出稳定的光致发光在5.4 K和平均光学跃迁线宽低至125 MHz。单个氮空位（NV-）中心的室温自旋相干性显示Ramsey自旋退相时间（T2*）和Hahn回波时间（T2）分别长达150 us和400 us。该平台能够将具有相干色心的金刚石膜直接集成到量子技术中。
2021-09-23 physics.app-ph 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
Coherent control of nitrogen-vacancy center spins in silicon carbide at room temperature
具有可操纵自旋量子比特和远程通信荧光的固态色心是量子通信和分布式量子计算的理想平台。在这项工作中，我们相干控制的氮空位（NV）在碳化硅中心自旋在室温下，其中检测到的电信波长的发射。我们通过优化注入条件将NV浓度提高了六倍。因此，在室温下实现了NV中心自旋的相干控制，并且相干时间T2可以达到约17.1 μs。此外，单NV中心的荧光性质的研究表明，它们是室温光稳定的电信范围内的单光子源。利用技术成熟的材料，实验表明，碳化硅中的NV中心是大规模集成量子光子学和长距离量子网络的有前途的平台。
2020-05-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum Emitters in Aluminum Nitride Induced by Zirconium Ion Implantation
本文研究锆和氪重离子注入结合热退火在氮化铝中诱导单光子发射体的方法，发现发射体主要源于空位型缺陷，并确定了实现高密度低背景荧光发射体的最佳注量条件，为片上量子光子应用提供了材料平台支撑。
2024-01-26 physics.optics quant-ph
Impact of Annealing and Nanostructuring on Properties of NV Centers Created by Different Techniques
本文比较了离子注入与CVD δ掺杂制备的NV中心性质，发现δ掺杂缺陷更少，且退火与纳米柱结构能显著提升其光学对比度、相干时间及约50倍荧光收集效率。
2025-02-17 physics.app-ph quant-ph
Observation of Shear Strain in Ion-Implanted Diamond Substrate and Diamond Nanophotonic Structures
Indian Institute of Technology Bombay（印度理工学院孟买分校）；Center for Research in Nano Technology and Science, Indian Institute of Technology Bombay（印度理工学院纳米科技与科学研究中心）；Solid State Physics Laboratory（固体物理实验室）；School of Physical Sciences, UM-DAE Centre for Excellence in Basic Sciences, University of Mumbai（孟买大学基础科学卓越中心物理学院）
研究通过零场连续波光探测磁共振技术揭示离子注入和纳米加工过程对金刚石中NV中心电子自旋能级的影响，发现金刚石基底存在由这些过程引起的剪切应变特征。
2026-04-06 quant-ph
High-efficiency generation of nanoscale single silicon vacancy defect array in silicon carbide
近年来，碳化硅色心由于其优异的性能，如单光子发射、良好的光稳定性和即使在室温下也具有长的自旋相干时间而越来越受到人们的关注。与广泛用于保持氮空位中心的金刚石相比，SiC具有大规模，高质量和低成本生长的优势，以及先进的光电子制造技术，导致大规模量子工程的前景。在本文中，我们报告的实验演示的纳米$V_{Si}$单缺陷阵列的产生，通过离子注入，而不需要退火。$V_{Si}$缺陷以几十纳米的分辨率在预定位置产生。这可以有助于将$V_{Si}$缺陷与光子结构集成，这反过来可以在将其用于自旋光子量子网络时提高$V_{Si}$缺陷的发射和收集效率。另一方面，缺陷是浅的，并且它们在表面之下生成$\sim 40nm$，这可以用作量子传感应用中的关键资源。
2016-10-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Increasing the coherence time of single electron spins in diamond by high temperature annealing
通过离子注入产生的金刚石中的带负电荷的氮空位（NV $^-$）中心通常显示出与晶体生长期间产生的NV不同的性质。我们观察到，与“天然”NVs相比，由四种不同能量（30-300 keV）的氮离子产生的NVs显示出短得多的电子自旋相干时间$T_2$，并且我们可以发现$T_2$对注入能量的任何依赖性。此外，我们还发现，约10%的人显示从NV $^-$到NV $^0$的转换。我们开发了一种方法，以增加$T_2$的单NV $^-$中心的退火样品在$t=1200 {\circ}$ C，而在同一时间的分数的NV显示放电大大减少。
2010-12-01 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
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
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
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
Optically Coherent Nitrogen-Vacancy Centers in HPHT Treated Diamonds
Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所）；University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学）；Qufu Normal University（曲阜师范大学）；Songshan Lake Materials Laboratory（松山湖材料实验室）
本研究提出一种非破坏性高温高压退火方法制备光学相干NV中心，获得窄线宽（<100 MHz）的可分辨NV中心，为量子信息科学中高性能人工缺陷的制造提供了新途径。
2024-09-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Photoluminescence excitation and spectral hole burning spectroscopy of silicon vacancy centers in diamond
金刚石中的硅空位（SiV）中心由于其明亮的单光子发射和光学可及的自旋态而在量子信息应用中具有广阔的应用前景。此外，低应变金刚石中的SiV中心对介电环境的扰动不敏感，即它们显示出非常弱的光谱扩散。这种特性使得SiV中心的集合对于传感应用是有趣的。我们在这里报告的光致发光激发（PLE）光谱上的SiV合奏在低应变，CVD生长的高品质金刚石层，在那里我们测量的精细结构与高分辨率，并获得线宽和分裂的SiV中心。我们研究了精细结构峰的宽度和位置的温度依赖性。我们的测量揭示了约10 GHz的线宽相比，寿命有限的宽度为0.1 GHz的顺序。这种差异是由残余应变引起的跃迁的不均匀加宽引起的。为了克服不均匀加宽，我们使用光谱烧孔光谱，使我们能够测量一个几乎寿命有限的均匀线宽为279 MHz。此外，我们证明了在系统中的相干相互作用的证据，通过驱动一个$Λ$ -计划。对离子注入产生的单发射体的额外测量证实了光谱烧孔实验中看到的均匀线宽，并将基态分裂与退相干速率联系起来。
2016-03-14 cond-mat.mtrl-sci 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
Engineering chlorine-based emitters in silicon carbide for telecom-band quantum technologies
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf（德累斯顿罗森多夫亥姆霍兹中心）
在硅碳化物中工程化氯基发射体，用于实现电信波段量子技术，通过氯离子注入和退火制备出新型色心，具有强潜在应用价值。
2025-10-28 quant-ph
Single Color Centers Implanted in Diamond Nanostructures
单色心光学金刚石纳米结构材料加工技术的发展是量子科学与技术中的一个重要问题。在这项工作中，我们提出了离子注入和自上而下的金刚石纳米纤维在两种情况下的组合：金刚石纳米柱和金刚石纳米线。第一种器件由“浅”注入（~ 20 nm）组成，以在金刚石晶体的顶面附近产生氮空位（NV）色心。然后通过在金刚石表面中干法蚀刻规则的纳米柱阵列来机械地隔离各个NV中心。光子反聚束测量表明，高产量（>10%）的设备包含一个单一的NV中心。第二个器件展示了单个NV中心到预制金刚石纳米线中的“深”（~1μm）注入。纳米线几何形状的高单光子通量，结合超纯金刚石的低背景荧光，使我们能够维持强光子反聚束，即使在高泵浦功率。
2010-09-21 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Enhanced Single Photon Emission from a Diamond-Silver Aperture
我们已经开发了一种可扩展的方法，用于将金刚石中的单色中心耦合到等离子体共振器，并证明了氮空位（NV）中心的单光子发射率的Purcell增强。我们的结构包括单一的氮空位（NV）中心的金刚石纳米柱嵌入在一个薄的银膜。我们利用金刚石-银孔中的强等离子体共振来增强封闭偶极子的自发发射。这些器件是通过离子注入和自上而下的纳米纤维技术的组合来实现的，这些技术使得单个NV中心和多个并行器件的等离子体激元模式之间能够确定性地耦合。等离子体增强的NV中心表现出超过6倍的改善自发发射率相比，裸纳米柱和高达3.6倍的辐射寿命减少超过散装样品，具有可比的增加光子计数。本文提出的金刚石-等离子体激元混合系统为金刚石基量子信息处理和磁测量方案的实现提供了一个稳定的平台。
2011-05-20 quant-ph
A bright nanowire single photon source based on SiV centers in diamond
许多量子技术的实际实施依赖于在室温下运行的鲁棒和明亮的单光子源的开发。金刚石中带负电荷的硅空位（SiV-）色心是这种单光子源的可能候选者。然而，由于与空气的高折射率失配，金刚石中的色心通常表现出低光子外耦合。另一个缺点是由于金刚石样品中天然缺陷的随机定位。在这里，我们证明了确定性的硅离子注入具有高转换效率的单SiV-中心，有针对性地制造纳米线。单一SiV-中心与纳米结构的共定位产生比块状金刚石中的单一SiV-中心高十倍的光耦合效率。这种增强的光子外耦合，连同SiV-产生方法的固有可扩展性，使得能够实现用于集成光子学和量子科学的新一类器件。
2017-08-18 physics.app-ph quant-ph
