Single spin stochastic optical reconstruction microscopy
我们的实验表明，通过结合光学显微镜和自旋共振技术的单量子发射器的精确寻址。为此，我们利用氮空位（NV）的颜色中心的钻石限制在几十纳米的单独可分辨的量子系统。通过开发一个随机光学重建显微镜（STORM）技术的NV中心，我们能够同时进行子衍射极限成像和光学检测的自旋共振（ODMR）测量NV自旋。这允许以纳米级分辨率将自旋共振光谱分配给各个NV中心位置，从而进一步提高空间分辨力。例如，我们通过光谱分辨了以前无法区分的发射体。此外，ODMR光谱包含计量信息，其允许例如具有固有并行数据采集的磁场或电场的亚衍射极限感测。作为一个例子，我们已经检测到纳米级精度的核自旋。最后，我们展望了这种技术如何发展成为一个完全并行的量子传感器，用于离域量子关联的纳米分辨率成像。
2014-04-05 physics.optics quant-ph
Optically detected magnetic resonance with an open source platform
本文综述利用市售硬件搭建ODMR实验，并介绍开源接口Qudi及其加速采集、降低仪器要求和支持系综测量的扩展，以推动ODMR材料与应用研究。
2023-07-11 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
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
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
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
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
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
Photoconversion of shallow nitrogen-vacancy centers in flat and nanostructured diamond under high-power laser irradiation
金刚石中浅的、带负电荷的氮空位中心（NV-）已被提出用于高灵敏度的磁力测量和自旋极化转移应用。然而，表面效应倾向于支持和稳定不太有用的中性形式，即NV 0中心。在这里，我们报告了绿色激光照射对平坦和纳米结构金刚石表面的纳米浅NV中心的整体的影响，作为激光功率的函数，在以前没有探索的范围内（高达150 mW/μm2）。拉曼光谱，光检测磁共振（ODMR）和电荷光转换荧光检测被用来表征NV-和NV 0中心的性质和动力学。我们证明，高激光功率强烈地促进NV 0到NV-中心的光转换。令人惊讶的是，过量的NV-群体在关闭激光器之后在一百毫秒的时间尺度上是稳定的，导致浅NV-的长寿命富集。光转换的有益效果在纳米结构样品中不太明显。我们的研究结果是重要的通知样品的设计和实验程序的应用依赖于合奏浅NV-中心的金刚石。
2021-05-11 cond-mat.mes-hall 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
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
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
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
A Large-Scale GaP-on-Diamond Integrated Photonics Platform for NV Center-Based Quantum Information
我们提出了芯片级的传输测量的三个关键组成部分的GaP-on-Diamond集成光子学平台：波导耦合盘谐振器，定向耦合器和光栅耦合器。我们还提出了证明的原则测量表明氮空位（NV）中心发射耦合到选定的设备。所展示的器件性能、均匀性和产量使该平台处于有利地位，可以利用钻石中的NV中心实现基于测量的量子信息协议。
2015-10-16 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
A Diamond-Photonics Platform Based on Silicon-Vacancy Centers in a Single Crystal Diamond Membrane and a Fiber-Cavity
我们实现了一个潜在的平台，一个有效的自旋光子接口，即带负电荷的硅空位中心的金刚石膜耦合到一个完全可调谐的，基于光纤的，光学谐振器的模式。我们证明，引入薄（$\sim 200 \, \text{nm}$），单晶金刚石膜的谐振腔的模式不会改变腔的属性，这是一个有效的自旋光子接口的关键点之一。特别是，我们观察到恒定的高精细度值高达$3000$和线性分散在膜的存在下。我们观察到了增强因子为$\sim 1.9$的SiV $^{-}$中心系综的腔耦合荧光。此外，从我们的调查中，我们提取的合奏吸收和外推的吸收截面$(2.9 \, \pm \, 2) \, \cdot \, 10^{-12} \, \text{cm}^{2}$为一个单一的SiV $^{-}$中心，比以前报道的高得多。
2019-03-15 physics.app-ph 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
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
Quantum Photonics Incorporating Color Centers in Silicon Carbide and Diamond
量子光子学在新型通信和传感技术的发展中起着至关重要的作用。碳化硅和金刚石中的色心提供单光子发射和长相干自旋，可以在量子网络中可扩展地实现。我们开发的系统将这些色心与光子器件相结合，通过电磁定制的光和物质相互作用来修改它们的发射特性。
2018-06-18 physics.app-ph physics.optics quant-ph
Localized Nitrogen-Vacancy centers generated by low-repetition rate fs-laser pulses
在金刚石中的数百种杂质和缺陷中，氮空位（NV）中心是最有趣的一个，可用作量子技术和纳米传感的平台。传统上，人造金刚石是用高能电子或氮离子照射来产生这些色心的。为了精确定位的NV中心，飞秒激光照射已被提出作为一种替代方法，以产生空间定位的NV中心在金刚石。然而，迄今为止报道的大多数研究都使用高重复频率fs激光系统。在这里，我们研究了照射条件对NV $^-$生成的影响。具体而言，我们改变脉冲能量密度，激光聚焦，和脉冲的数量，在775 nm的150 fs脉冲从钛：蓝宝石激光放大器在1 kHz的重复率操作的照射。光学检测磁共振（ODMR）被用来调查所产生的NV中心，揭示了一个相当大的零场分裂的光谱，并表明在烧蚀过程中产生的晶格应变的条件可能是有害的量子信息应用。
2022-10-14 cond-mat.mtrl-sci 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
Decay rate enhancement of diamond NV-centers on diamond thin films
我们证明了实验上的NV $^0$中心的衰减速率的两倍增强金刚石/硅衬底，而不是裸硅衬底。我们链接的衰变增强基板模式的激发和非辐射衰变通道的存在之间的相互作用。我们表明，辐射衰减率可以变化高达90%，这取决于金刚石膜的厚度。
2021-03-16 physics.app-ph physics.optics
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
Optical properties of Xe color centers in diamond
金刚石色心的光学性质由于其在量子光子学中的重要应用而成为人们研究的热点。在这项工作中，我们研究了注入富氮（Ⅱ A型）和超纯，电子级金刚石中的电子相关色心的光学性质。在794 nm和811 nm处有两条零声子线，绿光和红光都能有效激发，但富氮金刚石中的零声子线发射更亮。在低温下进行近共振激发，并在强磁场下探测发光。我们的研究结果对于理解金刚石中的与晶体有关的缺陷和其他近红外色心具有重要意义。
2017-03-30 cond-mat.other physics.optics
Spin coherence mapping of NV centers in diamond
近年来，金刚石中的氮空位色心由于其电子自旋特性而成为优良的固态量子传感器。特别是它们易于光学初始化和检测，以及它们在室温下非常大的自旋相干性。许多研究已经报道了它们用于感测温度、应变、电场以及主要是磁场。在这里，我们展示了如何建立一个二维地图的电子自旋相干的NV中心的合奏超纯金刚石，使用光学成像协议结合微波脉冲仅仅依靠一个普通的CCD相机。
2022-09-12 physics.app-ph physics.atom-ph physics.ins-det
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
