Efficient extraction of zero-phonon-line photons from single nitrogen-vacancy centers in an integrated GaP-on-diamond platform
利用金刚石中的氮空位（NV）中心进行双节点量子网络的缩放受到从单中心收集零声子线（ZPL）光子的低概率的限制。在这里，我们展示了金刚石圆盘上的GaP谐振器，它将来自单个NV中心的ZPL光子谐振耦合到单模波导。在这些器件中，由于ZPL发射的共振增强和谐振器与波导之间的有效耦合的组合，单个NV中心在光激发后将ZPL光子发射到引导波导模式中的概率可以达到9%。我们验证了发射的单光子性质，并通过实验证明了一组设备的高波导光子数和大量的Purcell增强。这些设备可以实现基于NV中心的可扩展集成量子网络。
2016-06-15 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
Continuous-wave nitrogen-vacancy diamond laser system assisted by a red diode laser
本文展示了首个连续波氮-空位色心激光系统，通过构建包含NV-金刚石介质和腔内减反射涂层二极管激光器的双介质激光腔来补偿固有损耗，实现了清晰的激光阈值和线宽变窄，为相干磁测量方法取得重大进展。
2023-06-24 physics.optics quant-ph
Chip-based microcavities coupled to NV centers in single crystal diamond
研究了单晶金刚石中氮空位中心与片上微腔的光耦合。微腔由混合磷化镓和金刚石材料系统制造，并且支持光谱仪分辨率限制Q > 25000的回音壁模式共振。
2009-08-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Hybrid quantum gates between flying photon and diamond nitrogen-vacancy centers assisted by optical microcavities
混合量子门由于保留了不同量子系统的优点，在量子信息处理中有着广阔的应用前景。在这里，我们提出了紧凑的量子线路，确定性地实现控制非，Toffoli和Fredkin门之间的飞行光子量子比特和金刚石氮空位（NV）中心的辅助微腔。这些通用量子门的目标量子比特被编码在与金刚石NV中心相关联的电子的自旋上，并且它们具有用于存储信息的长相干时间，并且控制量子比特被编码在飞行光子的偏振上，并且可以容易地被操纵。我们的量子线路紧凑、经济、简单。此外，它们不需要额外的量子比特。与两量子比特纠缠门的综合相比，我们的通用三量子比特门方案的复杂性大大降低。这些方案具有较高的准确度和效率，在实验上是可行的。
2017-03-02 quant-ph
Vibrational and electronic ultrafast relaxation of the nitrogen-vacancy centers in diamond
首次对金刚石中的氮空位中心进行了二维电子能谱和瞬态光栅测量。这些测量结果揭示了能量转移和振动路径与自旋相干的后果。
2012-07-18 cond-mat.mes-hall 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
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
Compact quantum gates on electron-spin qubits assisted by diamond nitrogen-vacancy centers inside cavities
在固态系统上构造紧凑的通用量子门量子线路是量子计算的关键。我们提出了一些紧凑的量子电路的确定性固态量子计算，包括CNOT，Toffoli，和Fredkin门的金刚石氮空位中心限制在腔中，通过一些单光子的输入-输出过程实现。我们为这些通用量子门设计的量子线路简单而经济。此外，没有使用额外的电子量子比特，而只是使用单光子介质。这些门有很长的相干时间。我们讨论了这些通用的固态量子门的可行性，得出结论，他们是可行的，以目前的技术。
2013-10-21 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
Resonant enhancement of the zero-phonon emission from a color center in a diamond cavity
我们证明了单个氮空位中心的零声子线与单晶金刚石中制备的微腔模式的耦合。一个零声子线增强超过10倍，估计在低温下的寿命测量。这些器件使用标准半导体技术和现成材料制造，从而实现集成金刚石光子学。
2010-12-17 physics.optics quant-ph
NV-Metamaterial: Tunable Quantum Hyperbolic Metamaterial Using Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond
我们发现，金刚石中的氮空位（NV）中心可以产生一种新的量子双曲超材料。我们证明，双曲线色散关系的NV中心的金刚石可以工程和动态调谐通过施加磁场。这种具有可调负折射窗口的量子双曲超材料允许构建超过衍射极限的超透镜。除了亚波长成像之外，这种NV超材料还可以用于自发发射增强、热传输和声学、模拟宇宙学和寿命工程。因此，我们的建议将两个热点领域联系起来，即，NV中心和超材料。
2018-02-06 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.optics
All-optical thermometry and the thermal properties of the optically detected spin resonances of the NV center in nano-diamond
金刚石中带负电荷的氮空位中心是量子纳米计量学和生物传感的前沿。近年来，利用纳米金刚石中NV中心的自旋共振，将高灵敏度测温技术应用于亚细胞生物学和生物医学研究，引起了人们的广泛关注。在这里，我们报告了一个全面的调查中心的自旋共振的热性质，并展示了一种替代的全光学NV测温技术，利用该中心的光学德拜-沃勒因子的温度依赖性。
2015-02-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
Plasmonic resonators for enhanced diamond NV- center single photon sources
我们提出了一种新的非经典光源，包括等离子体孔径与单晶金刚石含有一个单一的氮空位（NV）色心。优化结构的理论计算表明，这些器件可以同时提高光抽运效率7倍，自发发射率Fp ~ 50（Purcell因子），收集效率高达40%.这些激发和收集增强发生在宽范围的波长（~ 30 nm）内，并且在NV中心的激发（~ 530 nm）和发射（~600- 800 nm）光谱中可根据器件几何形状独立调谐。在大块金刚石晶体中采用自上而下的技术实现该系统将为无数的金刚石NV中心应用提供可扩展的架构。
2011-01-24 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
Hybrid nanocavities for resonant enhancement of color center emission in diamond
利用混合回音壁模式纳米腔，实验研究了单晶金刚石中金刚石氮空位（NV）中心零声子线的共振增强发射。直径900 nm的环形纳米腔由磷化镓形成，其侧壁延伸到金刚石衬底中，在低温下与注入金刚石表面附近的带负电荷的NV中心的零声子线调谐到共振。当纳米腔处于共振状态时，零声子线强度增强了大约一个数量级，NV的自发发射寿命减少了18%，对应于零光子线发射的6.3倍增强。
2011-05-25 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
Discovery of ST1 centers in natural diamond
ST 1心是金刚石中的一个点缺陷，具有明亮的荧光，是光学自旋初始化和读出的机制。该中心在钻石量子计算中具有令人印象深刻的应用潜力，可以作为核自旋寄存器的量子总线。这是因为它具有非常高的读出对比度，并且与众所周知的氮空位中心不同，它不具有使核自旋去球的基态电子自旋。然而，它的化学结构是未知的，我们对其性质的理解存在很大的差距。本文报道了天然金刚石中ST_1心的发现。我们的实验确定了有趣的中心的光学动力学的功率依赖性，并揭示了新的电子结构。我们还提出了一个理论，它的电子-声子相互作用，我们结合以前的实验，入围可能的候选人，其化学结构。
2019-06-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spin Readout Techniques of the Nitrogen-Vacancy Center in Diamond
金刚石氮空位（NV）中心由于其光寻址能力和室温自旋相干性而成为量子信息科学的领先平台。然而，NV中心的自旋状态的测量通常需要在许多周期上求平均以克服噪声。在这里，我们回顾了几种提高读出性能的方法，并强调了未来的研究途径，可以在室温下实现单次电子自旋读出。
2018-09-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Highly efficient light extraction and directional emission from diamond color centers using planar Yagi-Uda antennas
钻石中的色心代表了一个有前途的平台，用于开发固态单光子源和自旋光子界面，作为基于光子学的量子技术的构建模块。然而，尽管它们表现出使它们如此有吸引力的特征的组合，但它们也受到其发射特性的有限控制，例如亮度，方向性和偏振。在本文中，我们提出了实施和实验研究的平面八木宇田天线在金刚石，展示了高效的光提取和定向发射的硅空位色心在薄金刚石膜。
2019-05-08 physics.optics 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
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
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
Efficient electrical spin readout of NV- centers in diamond
利用脉冲光电离技术，对金刚石中NV心系综的相干自旋操纵和回波形成进行了电探测，实现了高达17%的对比度。基本的自旋相关的电离动力学进行了实验研究，并比较蒙特卡罗模拟。这允许识别优化对比度和灵敏度的条件，其与光学检测相比是有利的。
2016-08-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Vector Magnetometry Using Shallow Implanted NV Centers in Diamond with Waveguide-Assisted Dipole Excitation and Readout
本文提出一种将浅层注入NV色心系综与激光写入波导阵列集成的片上矢量磁力计，实现易操作的波导辅助激发与读出，并通过多晶体学取向重建完整矢量磁场。
2025-02-04 physics.optics 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
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
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
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
Efficient photon detection from color centers in a diamond optical waveguide
使用钻石色心的实验的一个常见限制是由于钻石界面处的折射导致显微镜物镜的光子收集效率差。我们提出了一种简单而有效的技术来检测大部分的光子发射的彩色中心内的平面钻石样品通过检测光，通过全内反射引导到钻石的边缘。我们描述了一个原型设备使用这种“侧收集”技术，它提供了约47%的光子收集效率和约39%的光子检测效率。我们应用增强的信噪比从侧收集到AC磁力使用合奏的氮空位（NV）色心，并证明了100 pT/ \sqrt{Hz}的AC磁场灵敏度，在原型侧收集设备中的附加噪声的限制。技术优化应允许使用侧收集技术在光子收集和检测效率以及亚皮特斯拉NV-金刚石磁场灵敏度方面的显著进一步改进。
2012-01-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Phonon-assisted charge-cycling of nitrogen-vacancy centres in diamond
Ulm University（乌尔姆大学）；Integrated Quantum Science and Technology (IQST), Ulm University（乌尔姆大学集成量子科学与技术）
研究揭示了声子辅助反斯托克斯激发在氮空位中心电荷循环中的作用，通过新模型发现低能声子和43 meV模式对电荷循环动态有显著影响。
2026-05-08 quant-ph
Electron spin resonance from NV centers in diamonds levitating in an ion trap
本文报道了在离子阱中悬浮的金刚石中氮空位中心的电子自旋共振（ESR）观测结果。使用针保罗陷阱在环境条件下工作，我们证明了有效的微波驱动的电子自旋，并表明沉积的金刚石颗粒的ESR测量的自旋特性保留在保罗陷阱。我们还利用ESR信号来监测悬浮单晶的旋转，这是在无散射陷阱中实现自旋控制机械系统的第一步。
2017-07-07 cond-mat.mes-hall 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
Nitrogen vacancy centers in diamond as angle-squared sensors
氮空位（NV）中心是金刚石中的缺陷，由于其电子结构，已被广泛研究作为磁场传感器。这种场检测应用通常采用NV中心来检测与NV中心的内部限定的自旋轴的方向对准的场分量。在这项工作中，我们检测的磁场是稍微偏离NV中心轴。特别是，我们证明了NV中心可以测量磁场和NV中心轴之间的角度的平方，具有高灵敏度，其随着外部场接近由NV中心的内部参数预定义的值而发散，与预测一致。这些结果表明，NV中心可以用作灵敏的传感器，用于对纳米机械振荡器等系统进行量子非破坏（QND）测量。
2016-06-06 cond-mat.mes-hall quant-ph
Microwave-assisted spectroscopy technique for studying charge state in nitrogen-vacancy ensembles in diamond
介绍了一种微波辅助光谱技术，用于测定金刚石中带负电荷（NV ${}^-$）和中性电荷（NV ${}^0$）的氮空位（NV）中心的相对浓度，并介绍了该技术在研究NV系综中自旋相关电离和提高NV磁强计灵敏度方面的应用。我们的技术是基于选择性地调制NV ${}^-$荧光与自旋状态共振微波驱动器，以隔离，在原位，NV ${}^-$和NV ${}^0$的光谱形状的NV系综样品的荧光的贡献。除了作为一种可靠的手段来表征电荷态比，该方法可以被用来作为一种工具，研究自旋相关的NV系综电离。作为一个例子，我们将微波技术应用于高NV密度的金刚石样品，并发现了一个新的自旋相关电离途径的证据，我们在这里提出的数据的速率方程模型。我们进一步表明，我们的方法可用于增强NV合奏光学检测磁共振（ODMR）的对比度，并可能导致显着的灵敏度增益在NV磁力计占主导地位的技术噪声源，特别是在NV ${}^0$人口是大的。与高NV密度金刚石样品在这里研究，我们证明了高达4.8倍的增强ODMR对比度。这里提出的技术也可以应用于其他固态缺陷，其荧光可以通过微波驱动器选择性地调制。我们证明了这种效用，通过应用我们的方法来隔离室温下的V2型硅空位的V1和V2硅空位在4H碳化硅的合奏光谱特征。
2019-12-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherence times of precisely depth controlled NV centers in diamond
通过在580°C的空气中适度氧化来精确控制深度，研究了氮空位（NV）中心相干时间的深度依赖性。通过连续的纳米级刻蚀，可以使NV中心逐步靠近金刚石表面，这使得我们能够跟踪芯片中残留NV中心数量的演变，并研究NV中心的相干时间与金刚石刻蚀的深度依赖性。结果表明，NV中心的相干时间随着深度的减小而迅速下降，在最后约22 nm处消失，揭示了快速波动的表面自旋浴影响的临界深度。通过监测相干时间随深度的变化，我们可以使一个浅的NV中心具有较长的相干时间，用于检测高灵敏度的外部自旋。
2015-07-23 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
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
Quantum theory of nuclear spin dynamics in diamond nitrogen-vacancy center
我们发展了一个量子理论，研究了由于超精细相互作用而引起的核自旋动力学的退相、弛豫、压缩和窄化。我们的理论的一阶结果再现和推广了核自旋压缩的非线性哈密顿量[M。S. Rupert，Phys. Rev. Lett. 107，206806（2011）]。我们的理论的二级结果很好地解释了金刚石氮空位中心$^{13}$ C核自旋池变窄的实验现象[E. Togan，Nature 478，497（2011）
2014-09-04 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
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
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 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
Optically Coherent Nitrogen-Vacancy Centers in HPHT Treated Diamonds
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
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
Optimization of the double electron-electron resonance for C-centers in diamond
钻石中的NV中心推荐自己作为环境场的良好传感器以及钻石杂质的检测器。特别地，C-中心，通常也称为${{p}_{1}}$ -中心，可以通过双电子-电子共振检测。该共振可用于测量C中心浓度。在这里，我们测量了几个金刚石板中的C-中心的浓度，并研究了NV中心的自由进动时间对测量的双电子-电子共振谱中观察到的对比度的影响。还讨论了共振振幅和宽度对C中心浓度以及C中心驱动和NV中心$π$脉冲长度的依赖关系。确定每个C中心浓度的最佳无对比度进动时间，显示出与C中心浓度和NV中心${{T}_{2}}$时间的强相关性。
2021-11-04 physics.ins-det physics.optics quant-ph
Non-Markovianity-assisted high-fidelity Deutsch-Jozsa algorithm in diamond
非马尔可夫量子动力学中的记忆效应可以诱导量子相干性的恢复，这被认为是量子信息处理（QIP）的重要物理资源。然而，没有真正的量子算法已经证明了这种记忆效应的帮助下。在这里，我们实验性地实现了一个非Markovianity辅助的高保真度改进的Deutsch-Jozsa算法（RDJA）与钻石中的固体自旋。通过测量自旋系统的非马尔可夫性，证实了RDJA结果遵循非马尔可夫量子过程。在开放量子系统中，利用记忆效应作为物理资源，并辅以动力学解耦，使RDJA的成功概率提高到97%以上。本研究不仅论证了非马尔可夫性是一种重要的物理资源，而且提出了利用这种物理资源的可行途径。这将促进记忆效应在非马尔可夫量子动力学中的应用，以提高实用QIP的性能。
2018-01-23 quant-ph
Band-gap-engineered spin-phonon, and spin-spin interactions with defect centers in diamond coupled to phononic crystals
研究了金刚石缺陷中心与准一维声子晶体相互作用的自旋-声子系统。我们发现，一个单一的缺陷中心，耦合到声子晶体波导的带隙附近的声子模式，可以种子自己的声子腔模式与周围的缺陷中心的位置呈指数衰减的包络。自旋诱导声子腔，具有大大减少和可调的模式体积，允许相干声子介导的相互作用之间的远程自旋具有高度可调的范围，使访问各种远程相互作用的自旋模型。这项工作为探索量子多体物理和具有缺陷中心和周期性声子纳米结构的量子信息处理开辟了前景。
2019-01-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Level anti-crossing magnetometry with color centers in diamond
利用金刚石中带负电荷的氮空位中心（NV）的磁场感测的最新发展在光致发光（PL）中采用磁场（MF）依赖性特征，并且消除了对微波（MW）的需要。在这里，我们研究了两种方法来提高磁灵敏度使用的基态水平反交叉（GSLAC）功能的NV中心在背景MF为102.4\，mT。在第一种方法之后，我们研究了在稀释金刚石样品中精确对准的特征参数;第二种方法通过检测1042 nm激光束的金刚石透射中的GSLAC将传感协议扩展到吸收。这导致GSLAC对比度的增加，并导致磁力计具有0.45nT/ $\sqrt{\text{Hz}}$的灵敏度和12.2pT/ $\sqrt{\rm{Hz}}$的光子散粒噪声限制灵敏度。
2017-01-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum interference of resonance fluorescence from Germanium-vacancy color centers in diamond
来自量子发射器的共振荧光是提取不可区分光子的理想来源。利用交叉偏振抑制激光散射，在低温下观察到了GeV级金刚石色心的共振荧光。利用$T_2/2T_1\sim0.86$的傅里叶变换限制线宽发射允许基于单个GeV色心的双光子干涉。在脉冲激发下，24 ns分离的光子表现出$0.604\pm0.022$的Hong-Ou-Mandel可见度，而连续波激发导致1.05辐射寿命的聚结时间窗口。再加上自旋态的单次读出，它为构建具有GeV钻石色心的量子网络铺平了道路。
2022-02-16 cond-mat.mes-hall 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
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
Adjoint-optimized nanoscale light extractor for nitrogen-vacancy centers in diamond
我们设计了一个纳米级的光提取器（NLE）的有效的出耦合和发射的宽带光的浅，带负电荷的氮空位（NV）中心在大块金刚石。NLE由金刚石上的图案化硅层组成，并且不需要对金刚石表面进行蚀刻。我们的设计过程是基于伴随优化使用宽带时域模拟和产量结构，固有的定位和制造误差的鲁棒性。我们的NLE功能类似于NV中心的传输天线，将从位于金刚石表面以下10 nm处的NV中心提取的光功率提高了35倍以上，并将光发射到远场的+/-30°锥体中。这种光提取方法可以很容易地适用于其他固态色心。
2020-10-07 physics.app-ph physics.optics quant-ph
