Diamond particles as nanoantennas for nitrogen-vacancy color centers
金刚石纳米颗粒中的氮空位(NV)中心的光致发光表现出特定的性质相比,在块体金刚石NV中心。例如,已经报道了粒子之间的寿命和亮度的大波动。还观察到,对于比平均发光波长小得多的纳米晶体,颗粒尺寸为受激发射耗尽(STED)显微镜中的分辨率设定了较低的阈值。我们表明,所有这些功能可以定量地理解,通过实现由NV中心的光的吸收-发射介导的金刚石纳米颗粒,其行为作为一个介电纳米天线。
2011-07-03 physics.optics quant-ph
Hybrid III-V diamond photonic platform for quantum nodes based on neutral silicon vacancy centers in diamond
将基于钻石色心的原子量子存储器与片上光子器件集成,将使长距离纠缠分布成为可能。然而,由于色心对其环境高度敏感,并且它们的性质在纳米制造结构中退化,因此集成的努力一直具有挑战性。在这里,我们描述了一种异质集成的片上III-V金刚石平台,该平台设计用于金刚石中的中性硅空位(SiV 0)中心,从而避免了蚀刻金刚石衬底的需要。通过与金刚石表面附近的SiV 0中心的倏逝波耦合,该平台将使Purcell增强SiV 0发射和有效的频率转换到电信C波段。所提出的结构可以用容易获得的制造技术来实现。
2020-12-30 cond-mat.other physics.optics quant-ph
A Quantum Photonic Interface for Tin-Vacancy Centers in Diamond
量子网络的实现关键取决于建立有效的、相干的光-物质界面。金刚石中的光学活性自旋已经成为基于其自旋选择性光学跃迁、长寿命自旋基态以及与纳米光子学集成的潜力的有前途的量子节点。金刚石中的锡空位(SnV $^{\,\textrm{-}}$)中心特别令人感兴趣,因为它们在纳米结构中表现出窄线宽发射,并且在高于1 K的温度下具有长的自旋相干时间。然而,SnV $^{\,\textrm{-}}$中心的纳米光子接口尚未实现。在这里,我们报告腔增强发射的SnV $^{\,\textrm{-}}$中心的金刚石。我们将SnV $^{\,\textrm{-}}$中心集成到一维光子晶体谐振器中,并观察到发射强度增加了40倍。耦合系统的Purcell因子为25,导致大部分光子($90\%$)进入腔模。我们的研究结果铺平了道路的基础上SnV $^{\,\textrm{-}}$中心的金刚石有效的,可扩展的自旋光子接口的创建。
2021-02-23 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Optically coherent nitrogen-vacancy centers in μm-thin etched diamond membranes
含有光学相干氮空位(NV)中心的金刚石膜器件是实现新型低温实验的关键,例如混合自旋-机械系统的光学基态冷却和量子网络中的有效纠缠分布。在这里,我们报告的(3.4 $\pm$ 0.2)μm薄,光滑(表面粗糙度r $_q$ < 0.4 nm的面积为20 μm的30 μm的金刚石膜包含单独可分辨的,窄线宽(< 100 MHz)NV中心的制造。我们通过高能电子辐照,高温退火,和优化的蚀刻序列的组合,发现通过系统的研究,在不同的蚀刻化学品的微观水平上的金刚石表面的演变,制造这个样品。虽然我们的特定设备尺寸优化了开放的可调微腔中遥远的NV中心之间的腔增强纠缠产生,但我们的结果对广泛的量子实验具有影响,这些实验需要结合窄的光学跃迁和μ m尺度的设备几何形状。
2019-04-01 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Optical switching of resonance fluorescence from a single germanium vacancy color center in diamond
可扩展的量子光子网络需要量子发射器的相干激发。然而,许多固态系统可以经历到抑制荧光的暗搁置状态的转变。在这里,我们证明了使用弱非共振激光的受控门控,共振激发可以恢复和放大单个锗空位(GeVs)。采用门控共振激发,我们实现了光学稳定的共振荧光的GeV中心。我们的研究结果是至关重要的部署钻石色心作为可靠的积木可扩展的固态量子网络。
2019-04-10 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Photophysics of single silicon vacancy centers in diamond: implications for single photon emission
金刚石中的单硅空位色心最近显示出高亮度、窄带宽、室温单光子发射的能力。本工作建立了一个描述铱表面金刚石纳米晶体中单SiV中心的三能级布居动力学模型,包括强度依赖的去搁置过程。此外,我们调查的亮度和光稳定性的单中心,并发现最大单光子速率为6.2 Mcps的连续激发下。我们调查的荧光收集效率和估计的SiV中心的量子效率。
2012-08-09 physics.optics quant-ph
Imaging crystal stress in diamond using ensembles of nitrogen-vacancy centers
提出了一种用于含氮空位(NV)心薄表面层金刚石的微米分辨率毫米视场应力成像方法。在这种方法中,我们重建应力张量元素在一个二维的视野从NV光学检测磁共振(ODMR)光谱。我们使用这种技术来研究应力不均匀性如何影响NV磁力测量性能,并显示NV应力成像是如何评估这些影响的有用和直接的方法。这种用于映射金刚石应力的新工具将有助于优化NV金刚石传感,在物理和生命科学中具有广泛的应用。
2019-08-26 physics.optics quant-ph
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
Deterministic coupling of a single silicon-vacancy color center to a photonic crystal cavity in diamond
单固体发射极与纳米腔的确定性耦合是集成量子信息器件的关键。在这里,我们制作了一个光子晶体腔周围的一个预先选定的单一的硅空位的颜色中心的钻石和演示修改的发射器内部的人口动态和辐射量子效率。受控的,室温腔耦合引起共振Purcell增强的零声子跃迁的因子为19,随着发射器的寿命减少2.5倍。
2014-08-08 physics.optics quant-ph
Optical far-field super-resolution microscopy using nitrogen vacancy center ensemble in bulk diamond
利用金刚石中的氮空位中心阵列作为近场光学探针,实现了光学远场超分辨显微术。通过检测氮空位中心的电荷态转换,测量了金刚石表面纳米结构的局域光场。利用电荷态耗尽纳米尺度实现了氮空位中心的定位,空间分辨率为6.1nm。金刚石表面上的纳米结构然后以低于光学衍射极限的分辨率成像。研究结果为建立通用光学超分辨显微镜提供了一种途径,也为氮空位中心的高空间分辨率量子传感提供了一个方便的平台。
2016-09-07 physics.optics
Cavity-Enhanced Photon Emission from a Single Germanium-Vacancy Center in a Diamond Membrane
金刚石中的氮空位中心作为光-物质界面在量子信息应用中得到了广泛的研究,但是它受到低相干光子发射和光谱不稳定性的限制。在这里,我们提出了一个有前途的接口的基础上的替代缺陷与优良的光学性能(锗空位)耦合到一个精细$\approx11{,}000$光纤腔,导致发射光谱密度的$31^{+11}_{-15}$倍增加。这项工作为低温实验奠定了基础,我们预测自发发射率会有可测量的增加。
2020-05-25 physics.optics quant-ph
Indistinguishable photons from separated silicon-vacancy centers in diamond
我们证明了金刚石中的硅空位(SiV)中心可以有效地产生具有优异光谱特性的相干光子。我们证明了这些特性是由于SiV中心的反转对称性,并在HOM干涉实验中演示了从不同的发射体产生不可分辨的单光子,讨论了利用SiV中心实现高效量子网络节点的前景.
2014-07-01 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Diamond-optic enhanced photon collection efficiency for sensing with nitrogen-vacancy centers
提出一种金刚石光学设计,通过相对发光面将氮-空位色心的荧光收集量提升3.8(1)倍,与光线追踪模拟一致,从而改善了磁场、电场、压力、温度及旋转等量子传感测量的散粒噪声限制灵敏度。
2023-01-16 physics.optics quant-ph
Isotopically varying spectral features of silicon vacancy in diamond
金刚石中的硅空位中心(SiV)具有有趣的振动特征。我们证明,零声子线的位置可以用来可靠地识别硅同位素存在于一个单一的中心。这对于量子信息应用是有意义的,因为只有硅29同位素具有核自旋。此外,我们证明,64毫电子伏线是由于本地振动模式的硅原子。一个本地模式的存在表明一个合理的起源的零声子线的同位素位移。
2014-07-26 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Loading an Optical Trap with Diamond Nanocrystals Containing Nitrogen-Vacancy Centers from a Surface
提出了一种简单有效的在大气中将粒子装入光阱的方法。在捕获激光波长处具有高吸收性的材料,例如柠檬黄染料,被用作附着光致发光金刚石纳米晶体的介质。混合物被烧成一团空气传播的颗粒,当材料被扫到载玻片上的激光聚焦附近时。然后用用于燃烧的激光捕获颗粒,或将其转移到不同波长的第二个激光阱。成功地将金刚石纳米晶体装入陷阱的证据包括光致发光(PL)对520 nm波长的激发激光的高灵敏度和光捕获颗粒的PL光谱。该方法为研究光阱金刚石纳米晶中的氮空位中心提供了一种简便的方法。
2015-06-26 cond-mat.mes-hall physics.optics
Sub-diffraction optical manipulation of the chargestate of nitrogen vacancy center in diamond
作为量子计算和计量学的潜在候选者,金刚石中的氮空位(NV)中心由于电荷态转换而带来了挑战和机遇。利用不同的激光器进行光诱导电荷态转换,实现了亚衍射电荷态操纵。电荷态耗尽(CSD)显微镜分辨率提高到4.1 nm,通过优化激光脉冲序列。随后,通过CSD选择性地检测相邻NV中心的电子自旋态动力学。实验结果表明,CSD可以提高纳米传感和量子信息中NV中心测量的空间分辨率。
2014-10-17 physics.optics quant-ph
The charge cycle of group IV vacancy centers in diamond: From DFT to rate equations
本研究针对金刚石中第IV族空位中心的电荷循环问题,模拟了其从$-2$到$0$电荷态的过程,通过计算单步和双步电离过程的起始能量,并利用Fermi's golden rule推导出速率方程。
2025-04-28 cond-mat.mtrl-sci physics.atom-ph physics.comp-ph
Electrical excitation of silicon-vacancy centers in single crystal diamond
研究了金刚石单晶中带负电荷的硅空位(SiV)中心的电驱动发光。使用离子注入到p-i-n单晶金刚石二极管的本征(i)区域中来产生SiV中心。电致发光和光致发光信号都表现出归因于(SiV)-中心的典型发射。在正向和反向偏置PL测量下,没有观察到来自中性(SiV)0缺陷的信号。电驱动(SiV)发射的实现是有希望的可扩展的纳米光子器件采用单晶金刚石中的色心。
2015-03-16 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Microwave saturation spectroscopy of nitrogen-vacancy ensembles in diamond
金刚石中的带负电荷的氮空位(NV $^-$)中心最近引起了人们对它们在传感中的应用的兴趣。当NV基态微波跃迁较窄时,灵敏度会提高,但这些跃迁会受到不均匀加宽的影响,特别是在高密度NV系综中。为了更好地理解和消除加宽的来源,我们展示了NV基态跃迁的室温光谱“烧孔”。我们发现烧孔消除了磁场对$^{13}$ C核的展宽,并证明了它可以用于磁场不敏感的测温。
2014-03-10 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph physics.optics
Multiple-photon excitation of nitrogen vacancy center in diamond
首次在金刚石中观察到氮空位中心共振能量以下的多光子光致发光激发。积分荧光强度作为激发功率的函数的二次和三次依赖性分别指示NV-电荷状态的双光子激发途径和中性NV 0电荷状态涉及的三光子过程。通过比较多光子总能量与单光子总能量,发现PLE谱符合单光子激发的吸收谱。我们还观察到,不同电荷态的光致发光效率,以及衰减时间常数,是依赖于激发波长和功率。
2018-01-26 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
A compact and simple photonic nano-antenna for efficient photon extraction from nitrogen vacancy centers in bulk diamond
通过介质天线提高单个发射器的收集效率是研究固态量子光源的常用方法。目前的设计概念通常受到大的占地面积、淬火或复杂的制造工艺的影响。在这里,我们报告的另一种设计,其中的Kerker效应是用来准直发射从氮空位(NV)中心。这里讨论的结构是一种容易制造的圆柱形突起,由金刚石制成,位于金刚石基底的顶部,其中心包含NV。我们优化的结构方面的应用在量子信息处理和量子传感,并发现高达15倍的光子提取。
2017-05-03 physics.optics
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
Localized chemical switching of the charge state of nitrogen-vacancy luminescence centers in diamond
我们提出了一种用于控制半导体近表面发光中心电荷态的束引导化学技术。具体而言,我们氟化的H-终止的金刚石表面的电子束照射在NF 3蒸汽的存在下。氮空位处理作为一种局部化学开关,将氮空位发光中心的电荷状态从中性改变为负态。电子束衍射过程是高度局部化的,并且可以用于控制由电子束扫描的各个纳米金刚石和表面区域的发射光谱
2014-06-04 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Multiphoton-Excited Fluorescence of Silicon-Vacancy Color Centers in Diamond
纳米金刚石中的硅空位色心在738nm处具有窄的、非漂白的发射线,有望作为生物应用的荧光标记物。这种荧光的双光子激发提供了在显着组织深度进行低背景检测和高三维空间分辨率的可能性。在1040 nm激发波长下,测量了离子注入金刚石中带负电荷的硅空位($^-$)的双光子荧光截面,结果表明:SiVPDMATHABMM为$0.74(19) \times 10^{-50}{\rm cm^4\;s/photon}$.与金刚石氮空位(NV)中心相比,双光子激发的SiV中心的预期检测阈值低一个数量级以上,主要是由于其窄得多的线宽。我们还提出了测量的两个和三个光子的激发光谱,发现增加的双光子截面的波长减小,并讨论了物理解释的光谱的背景下,现有的模型的SiV能级结构。
2017-04-05 physics.optics
Optical determination and magnetic manipulation of single nitrogen-vacancy color center in diamond nanocrystal
对单个量子系统的可控和相干操纵是发展量子信息处理的关键。金刚石中的氮空位色心是一个很有前途的体系,因为它的光致发光在室温下是完全稳定的,并且它的电子自旋可以在单个水平上被光学读出。我们在这里回顾了我们实验室目前实现的实验,关于使用单个NV色心作为单光子源和相干磁操纵的电子自旋与一个单一的NV色心。此外,我们展示了纳米实验的基础上饱和吸收效应,它允许光学针点单NV色心在一个子?分辨率这开启了独立地解决两个或多个磁耦合的单个NV色心的可能性,这是实现基于金刚石的量子计算机的必要步骤。
2010-02-15 physics.optics