Robust quantification of the diamond nitrogen-vacancy center charge state via photoluminescence spectroscopy
本研究提出了一种基于双激发光谱学的NV电荷态量化方法，通过最小二乘拟合实现不同样品和实验设置下的稳健量化。
2025-06-06 cond-mat.mes-hall
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
Ab initio calculation of the spin lattice relaxation time $T_1$ for nitrogen-vacancy centers in diamond
研究了金刚石中带负电荷的氮空位中心$(\mathrm{NV}^-)$中自旋声子耦合的基本机制，从第一性原理出发计算了自旋晶格弛豫时间$T_1$及其温度依赖性.从两个电子之间的偶极自旋-自旋相互作用出发，我们将电子的自旋与离子的运动耦合起来，最终得到一个有效的自旋-声子相互作用势$V_{s-ph}$。取这个含时势作为系统的微扰，得到了跃迁速率的费米黄金法则表达式，它允许计算自旋晶格弛豫时间$T_1$。我们用维也纳从头算模拟软件包（VASP）模拟色心，以提取量化$T_1$所需的图形。在谐波近似下，利用小位移方法研究了色心的局域声子模，并利用声子包对角化动力学矩阵，得到了声子态密度和能带结构.我们表明，我们的模型可以计算$T_1$与实验观察结果吻合得很好。
2018-10-02 cond-mat.mes-hall
Sub-GHz linewidths ensembles of SiV centers in a diamond nano-pyramid revealed by charge state conversion
生产具有嵌入式寿命有限发射器的明亮集合的纳米结构是一项挑战，在广泛的物理科学中具有潜在的高影响力。在这项工作中，我们展示了受控的电荷转移到和从暗态表现出非常长的寿命在高密度合奏的SiV中心托管在CVD生长的金刚石纳米金字塔。此外，使用共振光致发光激发和频率选择性持续烧孔技术，利用这种电荷状态转移的组合，我们可以证明接近寿命有限的线宽从SiV中心。这种在远低于$λ^3$的体积中具有数千个明亮的窄线宽发射器的纳米结构将用于相干光-物质耦合、用于生物传感和纳米级温度测量。
2019-09-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optical absorption in hexagonal-diamond Si and Ge nanowires: insights from STEM-EELS experiments and ab initio theory
本研究结合高分辨率STEM、单色化EELS和从头算模拟，首次系统探究了2H-Si和2H-Ge纳米线的光吸收特性，明确了其结构与光学响应的关联，为IV族光电器件优化提供了支撑。
2025-06-12 cond-mat.mes-hall
Multi-Angle Reconstruction of Domain Morphology with All-Optical Diamond Magnetometry
基于氮空位中心的光学检测磁共振的扫描金刚石磁力计在磁性材料产生的杂散场足够低（< 10 mT）时提供非常高的灵敏度和非侵入性成像能力。在这种低场状态之外，光信号猝灭并且定量测量是具有挑战性的。虽然场依赖性NV光致发光仍然可以提供关于磁性形态的定性信息，但是这种操作制度仍然未被探索，特别是对于大于$\sim$ 3 mA的表面磁化。在这里，我们介绍了一个多角度的重建技术（MARe），捕捉在所有的磁场制度导致NV光致发光淬灭的完整的纳米级域形态。为了证明这一点，我们使用[Ir/Co/Pt] $_{14}$多层膜的表面磁化强度比以前的报告大一个数量级。我们的方法带来了非侵入性的纳米级磁场成像能力的研究更广泛的磁性材料和现象。
2021-01-25 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.ins-det
Coherent Population Trapping in Diamond N-V Centers at Zero Magnetic Field
在光激发下，观察到金刚石中氮空位中心在零磁场下的相干布居俘获。当两个激发激光器之间的失谐与色心基态的2.88 GHz晶场分裂相匹配时，这被测量为光致发光的减少。这种行为是高度敏感的应变，这修改了激发态，是出乎意料的最近的实验表明基于循环跃迁的单氮空位电子自旋的光学读出。这些结果表明，第一次提出的量子信息应用程序的三个级别的λ配置可以同时实现所有四个方向的氮空位中心在零磁场。
2006-06-01 cond-mat.mes-hall 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
Determination of the phonon sidebands in the photoluminescence spectrum of semiconductor nanoclusters from ab initio calculations
我们提出基于密度泛函理论和Franck-Condon近似的计算方法，用于计算纳米结构的光致发光谱，成功应用于Si和CdSe纳米团簇及金刚烷类结构，识别了声子边带起源，并发现多声子过程在小金刚烷类中至关重要。
2023-11-02 cond-mat.mes-hall
Shallow Silicon Vacancy Centers with lifetime-limited optical linewidths in Diamond Nanostructures
针对金刚石中近表面硅空位中心全光学相干寻址的难题，提出一种基于445nm激光照射的持久光学电荷稳定方案，在纳米柱中制备出深度约50nm且具有寿命限制光学线宽的单个SiV⁻中心，为极端条件下的量子传感奠定关键基础。
2023-07-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spectroscopic Investigations of Negatively Charged Tin-Vacancy Centres in Diamond
最近在金刚石中发现的带负电荷的锡空位中心在量子信息处理（QIP）中具有很好的应用前景。我们在这里提出了一个详细的光谱研究，包括单光子发射和偏振特性，发射光谱的温度依赖性以及声子边带和Debye-Waller因子的详细分析。利用光致发光激发光谱（PLE），我们探测了一个能量较高的激发态，并证明了在低温下的单发射体的完全寿命有限的线宽。对于这些发射器，我们还调查了共振激发下的电荷态的稳定性。这些结果提供了一个详细的洞察光谱特性的$\text{SnV}^-$中心，并奠定了基础，为进一步研究其在QIP的适用性。
2020-02-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Enhancing Optical Readout from Diamond AFM Tips for Quantum Nanosensing
金刚石中的色心是量子纳米传感应用的有希望的候选者。光信号的有效收集是实现高灵敏度和高分辨率的关键，但它受到收集光学器件的限制。将色心嵌入金刚石微结构中可以帮助提高收集效率，但通常需要具有挑战性的制造和集成。在这里，我们调查的光致发光（PL）的硅空位（SiV）中心在市售的原子力显微镜（AFM）的金刚石金字塔（DP）的提示。我们发现DP几何结构有效地将DP顶点发射的PL引导到底部，在那里我们实验证明，与其他方向相比，PL收集增强了8倍。我们的实验观察是在良好的协议与数值模拟使用时域有限差分（FDTD）方法。我们的研究结果表明，原子力显微镜提示可能是一种经济，高效和直接的方式实现基于颜色中心的纳米传感，因为它们提供了增强的灵敏度和易于集成与现有的原子力显微镜平台。
2018-07-09 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Magnetic field-assisted spectral decomposition and imaging of charge states of NV centers in diamond
随着量子技术的发展，金刚石中的氮空位（$NV$）中心成为量子计算、量子通讯和量子传感应用的前沿研究领域。由于$NV$系统的耦合的自旋-电荷动力学，关于$NV$电荷状态动力学的知识可以帮助策略性地制定有效的自旋控制序列。通过这篇论文，我们报告了两种基于光谱的反卷积方法来创建金刚石中$NV$中心系综的电荷态映射图像。首先，依赖于一个离轴的外部磁场混合的电子自旋和选择性地修改的光致发光（PL）的$NV^-$的事实，我们执行的光谱分解的一个合奏的$NV$ s和提取的光谱$NV^-$和$NV^0$状态。接下来，我们介绍了一种基于光学滤波器的分解协议，并执行PL成像的$NV^-$和$NV^0$。较早获得的$NV^-$和$NV^0$状态的光谱用于计算它们通过长通滤光器的透射率。这些结果有助于我们确定金刚石样品中$NV$电荷态的空间分布。
2021-03-23 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Quantitative study of the response of a single NV defect in diamond to magnetic noise
金刚石中的氮空位（NV）缺陷是通过弛豫测量随机波动信号的有效量子传感器。特别是，纵向自旋弛豫的NV缺陷加速磁噪声的存在下，在其电子自旋共振频率的频谱分量。我们研究这种效果定量应用校准和可调的磁噪声对一个单一的NV缺陷。我们表明，纵向自旋弛豫速率的增加转化为连续光照明下发出的光致发光（PL）信号的减少，这可以解释使用一个简化的三能级模型的NV缺陷。这种PL猝灭机制提供了一种简单的全光学方法来检测纳米尺度的磁噪声源。
2021-01-04 cond-mat.mes-hall
Enhanced dual-beam excitation photoelectric detection of NV magnetic resonances in diamond
实现金刚石NV中心量子比特技术的核心问题是NV自旋态的灵敏读出。我们最近展示了NV磁共振（PDMR）的光电检测，预计比光学检测（ODMR）更快，更灵敏。在这里，我们报告的PDMR对比度为9%-三倍增强相比，以前的工作-浅N注入金刚石。基于从头算模型，我们提出了一种新的单光子电离双束PDMR方案。我们预测，该方案是显着不太容易受到影响的缺陷，如取代氮。
2016-07-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Effect of the quantistic zero-point atomic motion on the opto-electronic properties of diamond and trans-polyacetylene
碳原子的量子零点运动对金刚石和反式聚乙炔（一种共轭聚合物）的光电性质产生了强烈的影响。利用从头算方法，我们用电子-声子纠缠态解释了金刚石中实验观察到的亚能隙态。这些状态也出现在反式聚乙炔中，导致在能带结构中形成强结构，甚至质疑能带理论的准确性。这强加了一个关键的修正所获得的结果为碳基纳米结构，假设原子冻结在其平衡位置。
2011-06-07 cond-mat.mes-hall
Insigths into the tribochemistry of silicon-doped carbon based films by ab initio analysis of water/surface interactions
金刚石和类金刚石碳（DLC）被用作从生物医学到摩擦学等众多应用的涂层材料。近年来，研究表明硅掺杂可以提高碳膜的亲水性，从而大大改善其生物相容性和摩擦性能。尽管这些性能与应用相关，但仍然缺乏对硅影响的微观理解。在这里，我们应用从头计算研究水分子与Si掺入的C（001）表面的相互作用。我们发现，硅掺杂剂的存在下，大大增加了水的化学吸附的能量增益，并降低了超过50%的水解离的能量势垒。通过对吸附时电荷位移的分析，给出了这一现象的物理依据。我们还表明，一旦羟基化，表面能够通过氢键网络与更多的水分子结合，比清洁表面强得多。这两个步骤的过程是一致的，并可以解释增强的亲水性观察到的硅掺杂的碳基薄膜。
2015-11-19 cond-mat.mes-hall
Microwave-free magnetometry with nitrogen-vacancy centers in diamond
我们利用带负电荷的氮空位中心的光致发光中的磁场依赖性特征来测量磁场，而不使用微波。特别是，我们提出了一个磁力计的基础上的水平反交叉在三重基态在102.4 mT的6 nT/ $\sqrt{\text{Hz}}$，由激光的强度噪声和背景场电源的性能的限制，证明了本底噪声。这里提出的技术可用于传感器靠近导电材料放置的应用，例如磁感应断层扫描或磁场测绘，以及遥感应用，因为原则上不需要电接入。
2016-06-09 cond-mat.mes-hall physics.ins-det physics.optics
Entangled Interlocked Diamond-like (Diamondiynes) Lattices
本研究针对新型类金刚石碳同素异形体diamondynes的缠结互锁亚晶格结构，通过从头算模拟探究其五种结构的性质，证实其热力学稳定、带隙宽且柔韧高抗，为多孔可调碳框架的储能应用提供新方向。
2025-06-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
