Microwave-assisted cross-polarization of nuclear spin ensembles from optically-pumped nitrogen-vacancy centers in diamond
在金刚石中光学初始化氮空位（NV）中心的电子自旋的能力长期以来一直被认为是增强相邻核的极化的有价值的资源，但是有效的极化转移到金刚石晶体外部的自旋物质已经被证明是具有挑战性的。在这里，我们展示了可变磁场，微波使交叉极化从NV电子自旋质子在模型中的粘性流体与金刚石表面接触。轻微的变化，在交叉松弛率的函数之间的连续重复的传输协议的等待时间表明较慢的分子扩散附近的金刚石表面相比，在散装，观察与本模型的流体接近固体界面的微观结构一致。
2018-03-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optically-driven nuclear-spin-selective Rabi oscillations of single electron spins in diamond
利用两个与各自的偶极光学跃迁失谐的拉曼共振光脉冲实现了金刚石氮空位中心单电子自旋的光驱动拉比振荡。拉比振荡是核自旋选择性的，并且对潜在的光学跃迁的快速退相干是鲁棒的，为在光学驱动的自旋-声子系统中产生声子介导的自旋纠缠打开了大门。拉比振荡和模拟拉曼绝热通道之间的直接比较以及详细的理论分析提供了丰富的信息的相干自旋动力学，特别是揭示退相干和环境波动与光学跃迁影响的拉比振荡的保真度通过相对较大的跳跃的过渡频率。
2013-10-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
High-frequency and high-field optically detected magnetic resonance of nitrogen-vacancy centers in diamond
我们提出了一个光学检测磁共振（ODMR）系统，使我们能够执行的ODMR测量的固体中的一个单一的缺陷，在高频率和高磁场的发展。使用高频和高场ODMR系统，我们展示了115 GHz的连续波和脉冲ODMR测量的一个单一的氮空位（NV）中心在4.2特斯拉的磁场下的金刚石晶体，以及调查的字段依赖性（$0-8$特斯拉）的纵向弛豫时间（$T_1$）的NV中心在纳米金刚石。
2015-02-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
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
Optically-Induced Modulation and Programming of Diamond Photonic Cavities
Institute of Physics, Swiss Federal Institute of Technology Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院物理研究所）；Center of Quantum Science and Engineering, Swiss Federal Institute of Technology Lausanne (EPFL)（洛桑联邦理工学院量子科学与工程中心）；Photonics Research Group, Department of Information Technology (INTEC), Ghent University - IMEC（根特大学信息技朮系光子研究组（与IMEC联合））；University of Stuttgart（斯图加特大学）
本研究展示利用532纳米绿光对含氮-空位中心的金刚石纳米束腔实现全光调制与准永久蓝移调谐，结合热光与电荷效应，最大调谐3.15纳米，为单片金刚石光子平台提供可逆与持久重构能力。
2026-09-30 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Optically coherent nitrogen-vacancy defect centers in diamond nanostructures
光学活性的固态自旋缺陷具有成为量子信息处理应用的多用途资源的潜力。金刚石中的氮空位缺陷中心（NV）充当量子存储器，并且可以通过相干光子进行接口，如纠缠协议所示。然而，特别是在金刚石纳米结构中，光谱扩散的影响导致光学退相干，阻碍纠缠的产生。在这项工作中，我们提出的策略，以显着降低金刚石纳米结构的电噪声。我们展示了纳米柱中的单NV，其在一秒的时间尺度上表现出寿命有限的线宽，并且在三分钟内具有低至150 MHz的非均匀线宽的长期光谱稳定性。激发功率和能量相关的测量结合纳米蒙特卡罗模拟有助于更好地了解体积和表面缺陷对NV的光谱特性的影响。最后，我们提出了一个纠缠协议的纳米结构耦合的NV提供纠缠产生速率高达数百kHz。
2022-03-10 physics.optics quant-ph
Optically detected magnetic resonance in neutral silicon vacancy centers in diamond via bound exciton states
金刚石中的中性硅空位（SiV0）中心由于其优异的光学性质和较长的自旋相干时间而成为量子网络的理想候选者。然而，由于对激发态精细结构的理解不足和有限的非共振自旋极化，这种缺陷中的自旋相关荧光一直是难以捉摸的。在这里，我们报告的实现光学检测磁共振和相干控制的SiV0中心在低温下，使有效的光学自旋极化通过以前未报道的更高的激发态。我们用群论和密度泛函理论将这些态指定为束缚激子态。这些束缚激子状态使新的控制方案SiV0以及其他新兴的缺陷系统。
2020-12-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optically Detected Cross-Relaxation Spectroscopy of Electron Spins in Diamond
磁共振（MR）光谱学在逐渐变小的长度尺度上的应用最终可能允许在材料和生物复合物的表面对自旋进行“化学成像”。特别地，金刚石中的带负电荷的氮空位（NV-）中心已被利用作为用于纳米级核磁共振的光学换能器。然而，检测到的自旋的光谱通常通过它们与邻近的顺磁NV-中心通过相干和非相干机制的相互作用而加宽。在这里，我们展示了一种检测技术，可以解决电子自旋耦合到NV-中心，即取代氮（NS）和中性氮空位（NV 0）中心的金刚石，通过光学检测交叉弛豫光谱。这些自旋的超精细光谱是一个独特的化学标识符，这表明，结合最近的结果，在钻石窝藏浅NV-植入物的可能性，可以类似地检测到的钻石外部的自旋的光谱。
2013-12-21 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Optically detected and radio wave-controlled spin chemistry in flavoproteins
Technical University of Munich, TUM School of Natural Sciences, Chemistry Department（慕尼黑工业大学）；Munich Center for Quantum Science and Technology (MCQST)（慕尼黑量子科学与技术中心）；Albert Ludwigs-Universität Freiburg, Institute of Physical Chemistry（弗赖堡大学）；Marburg University, Chemistry Department（马尔堡大学）
本研究展示了类胡萝卜素蛋白中通过光学检测和无线电波控制的自旋化学，利用自由基对实现高对比度的磁共振成像和磁场传感。
2026-02-09 quant-ph
Optically Switched Phonon Superradiance of Surface Acoustic Wave in Diamond
Tongji University（同济大学）
通过光学驱动氮空位中心能级跃迁增强自旋-声子耦合，在弱耦合区域触发表面声波声子超辐射相变，实现可调控的固态量子器件。
2026-06-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
High-contrast two-quantum optically detected resonances in NV centers in diamond in zero magnetic field
Ioffe Institute, Russian Academy of Sciences（俄罗斯科学院IOFFE研究所）
研究在零磁场下利用双频共振激发实现NV中心的磁共振谱，展示磁场无关共振特性及应用潜力。
2019-04-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Excited-state spectroscopy of single NV defects in diamond using optically detected magnetic resonance
利用脉冲光探测磁共振技术，我们直接探测了金刚石中单个氮空位色心激发态的电子自旋共振跃迁。根据NV缺陷光致发光寿命的变化，对激发态的精细结构进行了无环境指认。这项研究提供了显着的洞察发射3E激发态的结构，这是非常宝贵的钻石为基础的量子信息处理的发展。
2009-02-10 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
Optically detected magnetic resonance of nitrogen-vacancy centers in diamond using two-photon excitation
Wyant College of Optical Science, University of Arizona（亚利桑那大学怀特光学科学学院）
本研究利用双光子激发技术在室温下观测钻石中氮-空位中心的基态光学检测磁共振，实现了对NV中心分布的成像，并首次展示了双光子激发下的ODMR轨迹，为快速三维量子传感和成像提供了新工具。
2026-04-17 physics.app-ph physics.atom-ph physics.optics
Optically detected flip-flops between different spin ensembles in diamond
本文利用磁共振光探测技术研究了金刚石中不同晶向的氮空位色心与替位氮缺陷之间的偶极相互作用。我们演示了共振自旋翻转（第二拉莫尔线）的光学测量，和不同的自旋合奏钻石之间的触发器。此外，利用光学探测研究了氮空位色心与体声波模之间的应变耦合。我们的研究结果可能有助于优化交叉极化协议，这反过来又可以提高基于金刚石的探测器的灵敏度。
2021-03-16 quant-ph
Optically Induced Polarization and Depolarization of an Electron Spin in a Nitrogen-Vacancy Center of Diamond Nano-crystals
脉冲激光激发使金刚石中氮空位中心的发光随脉冲能量的增加而意外地减弱。在带负电荷和中性的中心都观察到这种减少，并且是由两种类型的中心的发光寿命缩短引起的。在黑暗中，发光在10微秒的时间尺度上没有显示出任何恢复，但只要三个低强度脉冲就可以使发光恢复到先前的更亮状态。外部磁场可降低效应的幅度。这些现象的基础上的光学极化和电子自旋的去极化的一种可能的机制。
2011-08-16 cond-mat.mes-hall quant-ph
Integrated waveguides and deterministically positioned nitrogen vacancy centers in diamond created by femtosecond laser writing
金刚石的氮空位（NV）中心是一种具有长自旋相干时间的光学活性缺陷，在高效的纳米磁学和量子信息处理方案中显示出巨大的潜力。近年来，利用飞秒激光写入技术在金刚石中成功地制备出了掩埋的三维光波导和高质量的单纳米线。然而，到目前为止，将这些技术结合起来一直是一个突出的挑战。在这项工作中，我们在量子级金刚石中制造激光写入的光子波导，这些光子波导在微米分辨率内对准单个激光写入的NV，从而实现提供确定性定位的波导耦合NV的集成平台。这种制造技术为单光子在NV之间的片上光学路由和光学集成的基于自旋的感测开辟了道路。
2018-03-12 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Optically induced spin polarisation of the NV- centre in diamond: role of electron-vibration interaction
金刚石中心（NV-）的新方面是通过光学照明实现的高度自旋极化。在本文中，它示出的自旋极化发生的结果，结合自旋轨道相互作用的电子振动相互作用，并开发一个电子模型，涉及这些相互作用来解释所观察到的极化。
2010-11-12 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Charge State Dynamics and Optically Detected Electron Spin Resonance Contrast of Shallow Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond
金刚石中的氮空位（NV）中心可用于具有原子分辨率和灵敏度的纳米级传感;然而，已经观察到它们的性质随着它们接近金刚石表面而降低。在这里，我们报告说，除了退化的自旋相干性，NV中心在纳米的表面也可以表现出降低的荧光对比度的光学检测电子自旋共振（OD-ESR）。我们证明，这种降低的OD-ESR对比度来自NV中心的电荷态动力学，并且它具有强烈的表面依赖性，这表明表面工程对于基于金刚石色心的纳米级传感应用至关重要。
2020-05-05 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Optically induced static magnetic field in ensemble of nitrogen-vacancy centers in diamond
在纳米尺度下产生局部磁场对于诸如基于自旋量子比特的量子存储器的许多应用是期望的。然而，由于静态磁场的缓慢衰减，这是一个挑战。在这里，我们证明了光子自旋密度（PSD）诱导的有效静态磁场的整体氮空位（NV）中心在大块金刚石。这种局部感应的磁场是光激发和NV中心之间相干相互作用的结果。我们证明了在布洛赫球上的光诱导自旋旋转超过10度，这在自旋量子比特的全光相干控制中有潜在的应用。
2022-05-06 quant-ph
Room-Temperature in situ Nuclear Spin Hyperpolarization from Optically-Pumped Nitrogen Vacancy Centers in Diamond
我们报告了通过高场核磁共振（NMR）观察到的13 C核自旋的体，室温超极化。超极化是通过光泵浦金刚石中的氮空位缺陷中心并伴随动态核极化来实现的。该技术利用室温下NV中心的大的光致自旋极化，其比热平衡极化大许多数量级，并且通常仅在亚开尔文温度下可实现。自旋极化到13 C核自旋的转移是通过OP和微波辐射的组合来完成的。OP/DNP在420 mT下进行，其中NMR的感应检测是可行的，与通常在100 mT和50 mT下利用的水平反交叉机制相反。在这里，我们报告了6%的体核自旋极化。这种极化是在原位产生的，并检测到一个标准的，感应NMR探针，而不需要样品穿梭或精确的晶体取向。通过OP/DNP的超极化应该在任意磁场下操作，使得能够在环境条件下对固体和液体的NMR进行数量级的灵敏度增强。
2015-01-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Mitigating the Transition of SiV$^-$ in Diamond to an Optically Dark State
本研究通过共振激光与静态电场结合，实现钻石中SiV⁻态的电荷状态可控，提升量子光子技术的应用潜力。
2025-12-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
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
Cross-relaxation studies with optically detected magnetic resonances in nitrogen-vacancy centers in diamond in an external magnetic field
本文研究了金刚石晶体中氮空位（NV）中心与替位氮之间的交叉弛豫。结果表明，光学检测磁共振信号（ODMR）可以用来测量这些信号成功。在轴向磁场值约为51.2 mT时，在具有相对高的氮浓度（200 ppm）的金刚石样品中检测到ODMR。我们观察到的过渡，涉及分裂的超精细相互作用的磁子级。使用频率范围为1.3 GHz至1.6 GHz（$m_S=0\longrightarrow m_S=-1$ NV跃迁）和4.1 GHz至4.6 GHz（$m_S=0\longrightarrow m_S=+1$ NV跃迁）的微波。为了更详细地理解交叉弛豫过程，并因此更准确地再现测量信号，开发了一种模型，该模型描述了NV中心的超精细能级之间的微波引发的跃迁，该超精细能级正在经历反交叉并在所施加的磁场中强烈混合。此外，我们模拟了在何种程度上的微波辐射用于诱导ODMR在NV中心也诱导过渡的替代氮通过交叉弛豫。在磁场存在下的NV过程的改进的理解将是有用的设计NV-金刚石为基础的设备的广泛的应用，从实施的q位的大分子的超极化的各种量子技术的应用，如场传感器。
2020-07-01 cond-mat.mes-hall quant-ph
Efficient Radiofrequency Sensing with Fluorescence Encoding
Northeastern University（东北大学）
研究提出荧光编码方法，以规避光学活性自旋量子比特相干时间限制。基于金刚石氮空位中心展示了对多频率交流磁场的高灵敏度及相关特性，能单次测量获完整光谱信息，可用于多种传感领域，还适用于多种光学活性自旋量子比特。
2026-07-14 physics.ins-det quant-ph
Optically detected magnetic resonance of high-density ensemble of NV centers in diamond
光学检测磁共振（ODMR）是一种表征NV中心的方法。最近，在具有NV中心的高密度系综的ODMR中观察到显著的急剧下降，并且这通过[Zhu等人，Nature Communications 5，3424（2014）]，显示了倾角是NV中心的自旋-1性质的结果。在这里，我们提出了更多的分析细节，以显示如何应用该模型来研究NV中心的属性。通过使用我们的模型，我们已经再现了ODMR与没有施加磁场。此外，我们从理论上研究了ODMR是如何影响的合奏NV中心的典型参数，如应变分布，不均匀的磁场，和均匀的加宽宽度。我们的模型可以提供一种方法来估计这些参数从ODMR，这将是至关重要的，实现基于金刚石的量子信息处理。
2015-08-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
A diamond nanophotonic interface with an optically accessible deterministic electronuclear spin register
本文提出一种光纤封装的金刚石纳米光子接口，利用锡空位色心与$^{117}$Sn核自旋实现高保真光学核自旋初始化与读出，并在无磁场下展示自旋门控单光子非线性，为可扩展量子网络提供多功能量子节点。
2023-05-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Real-time estimation of the optically detected magnetic resonance shift in diamond quantum thermometry
我们研究了纳米金刚石（ND）中氮空位（NV）中心的光学检测磁共振（ODMR）频移的实时估计方案。将多点ODMR测量和ND粒子跟踪有效地集成到荧光显微镜中，最近已经证明了对活体动物体内温度的稳定监测。我们详细分析了多点ODMR测量技术（3点、4点和6点方法），并量化了由于实验硬件和ODMR光谱形状的仪器误差而产生的几个系统误差导致的测量伪影量。我们提出了一种实用的方法，以尽量减少这些因素的影响，它允许测量准确的温度的单个ND在动态热事件。我们还讨论了集成的噪声滤波器，数据估计协议，和可能的文物进一步发展，实时温度估计。本研究提供了量子金刚石测温的技术细节，并讨论了可能影响生物应用中温度估计的因素。
2020-06-12 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Characterization of Optical and Spin Properties of Single Tin-Vacancy Centers in Diamond Nanopillars
钻石中的色心作为光学活性固态量子比特的候选者引起了人们极大的兴趣。特别令人感兴趣的是基于金刚石中IV族杂质的反转对称色心，因为它们强烈地发射到它们的零声子线中并且对一阶电场噪声不敏感。早期对金刚石中带负电荷的锡空位（SnV $^{-}$）中心的研究发现，SnV $^{-}$是一种很有前途的候选者：它具有高的量子效率，强的零声子线发射，并且有望在4 K下具有长的$T_2$自旋相干时间。为了将SnV $^{-}$发展成自旋量子比特，需要进一步表征，特别是纳米制造结构中单个SnV $^{-}$的自旋和光学性质。在这项工作中，我们隔离单个SnV $^{-}$中心的金刚石纳米柱和表征其发射特性和自旋响应的磁场。我们观察到窄的发射线宽，光谱仪限制，以及强烈的偏振依赖的每个过渡。我们还发现在磁场作用下的塞曼分裂与理论预测符合得很好。我们的结果为未来将单个SnV $^{-}$用于光学可访问量子存储器铺平了道路。
2019-04-29 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Dressed-State Polarization Transfer between Bright & Dark Spins in Diamond
在环境条件下，固态系统中的自旋杂质被发现处于热混合状态并且是光学“暗”的，即，自旋状态不能被光学控制。金刚石中的氮空位（NV）中心是一个例外，因为电子自旋状态是“明亮的”，即，它们可以通过光泵浦来极化、用自旋共振技术来相干地操纵、以及光学地读出，所有这些都在室温下进行。在这里，我们展示了一个修饰态，双共振计划转移极化从明亮的NV电子自旋暗替代氮（P1）电子自旋在金刚石。这种极化转移机制可以用来将暗自旋的介观浴冷却到接近零的温度，从而为量子信息和传感提供资源，并帮助研究多体自旋系统中的量子效应。
2012-11-12 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Optically-pumped dynamic nuclear hyperpolarization in $^{13}$C enriched diamond
研究了$^{13}$ C浓度高达100%的同位素富集金刚石中氮空位中心的核自旋超极化。$^{13}$ C富集导致氮空位电子自旋共振谱的超精细结构，并因此导致动态核极化谱。我们发现，强耦合$^{13}$ C自旋在第一壳周围的氮空位中心产生解决超精细分裂，但不作为中介体核自旋的超极化转移。高水平的$^{13}$ C富集对于提高用于磁共振信号增强、成像造影剂的超极化的效率以及作为用于量子传感和多体物理学的平台是期望的。
2017-08-02 quant-ph
Sidebands in Optically Detected Magnetic Resonance Signals of Nitrogen Vacancy Centers in Diamond
我们研究了金刚石中与其他顺磁杂质耦合的带负电荷的氮空位（NV）中心的光学检测磁共振（ODMR）信号的特征。我们的研究结果是重要的理解ODMR线的形状和基于NV中心的设备的优化。我们通过研究它们的磁场和微波功率依赖性来确定未扰动NV磁共振的几个侧面特征的起源。侧共振分离约130 MHz是由于NV中心和最近邻C-13核自旋之间的超精细耦合。分离约{40，260，300} MHz的侧共振被发现起源于同时自旋翻转的NV中心和单取代氮原子。所有结果与理论计算结果一致。
2013-06-06 physics.atom-ph quant-ph
Microscopic study of optically-stable, coherent color centers in diamond generated by high-temperature annealing
固体中的单色心已经成为量子信息科学的一个有前途的物理平台。创建这些具有优异量子特性的中心是进一步技术发展的关键基础。特别是，对旋转浴环境的微观理解是设计量子控制色心的关键。在这项工作中，我们提出并展示了一种独特的高温退火（HTA）方法，用于在无重结晶金刚石中产生高质量的氮空位（NV）中心。同时使用所创建的NV中心作为其局部环境的探针，我们验证了HTA在显微镜下没有引起损伤。在超低氮浓度膜中产生的几乎所有单NV中心都具有稳定的和傅里叶变换限制的光谱。此外，HTA大大减少了自然生长在合奏样本的噪声源，并导致三倍以上的消相干时间和灵敏度的改善。我们还验证了空位激活和缺陷重组，特别是H3和P1中心，可以解释自旋浴和色心之间的重新配置。这种新颖的方法将成为基于空位的量子技术的强大工具。
2022-08-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Software Framework for Optically Accessible Quantum Memory Using Group-IV Color Centers in Diamond
Humboldt-Universität zu Berlin（柏林洪堡大学）；Ferdinand-Braun-Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik（费迪南德·布劳恩研究所，莱布尼茨高频技术研究所）
本文提出了一种基于钻石Group-IV色心的光学可访问量子记忆软件框架，通过高效腔体与微波控制实现高保真量子门操作。
2025-12-09 quant-ph
Optically detected nuclear magnetic resonance of carbon-13 in bulk diamond
Center for High Technology Materials, University of New Mexico（新墨西哥大学高等技术材料中心）；Department of Physics and Astronomy, University of New Mexico（新墨西哥大学物理与天文学系）；Department of Physics and Astronomy, Dartmouth College（达特茅斯学院物理与天文学系）；DEVCOM Army Research Laboratory（美国陆军研究与发展司令部陆军研究实验室）
利用氮空位中心电子自旋与远程碳-13核自旋之间的Landau-Zener跃迁，实现了大数量核自旋系综的光学极化和读出，并进行了Ramsey光谱学测量。
2026-09-29 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph physics.ins-det
Dual-frequency spin resonance spectroscopy of diamond nitrogen-vacancy centers in zero magnetic field
Ioffe Institute（约费研究所）；Cornell University（康奈尔大学）
本文研究了金刚石中氮空位中心在零磁场下的能级反交叉现象，通过双频激发光谱观察到边带跃迁和Autler-Townes分裂，揭示了电子自旋态间的Landau-Zener跃迁机制。
2019-05-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optically Detected Magnetic Resonance of Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond under Weak Laser Excitation
本研究探讨了弱532 nm激光激发下金刚石NV中心系综的ODMR特性，发现光谱宽度和分裂随激光功率增加而减小，并通过考虑激光诱导NV--N+对电荷中和的模型重现了该现象，为光敏应用中的NV量子传感设计与理解提供了重要依据。
2024-04-24 quant-ph
Optically induced dynamic nuclear spin polarisation in diamond
磁共振成像（MRI）的灵敏度强烈地依赖于核自旋极化，并且受此观察的激励，动态核自旋极化最近已被应用于增强MRI协议（Kurhanewicz，J.，例如，Neoplasia 13，81（2011））。与金刚石中的13 C碳同位素（核自旋I = 1/2）相关的核自旋具有独特的长自旋晶格弛豫时间（Escherhardt，E.C.和G.L.高，Prog。在Nuc。Mag.Res.Sp.38，37（2011））如果它们存在于金刚石纳米晶体中，特别是当强极化时，它们形成用于MRI的有希望的造影剂。然而，目前实现核极化的方案需要低温。在这里，我们展示了一个有效的方案，实现了在室温和低环境磁场下，在金刚石中的光诱导13 C核自旋超极化。氮空位（NV）中心的光泵浦产生了一个连续可再生的电子自旋极化，可以转移到周围的13 C核自旋。重要的是，对于未来的应用，我们还实现了偏振协议，该协议对磁场和晶轴之间的未知未对准是鲁棒的。
2016-01-22 cond-mat.other quant-ph
AC Magnetic Field Sensing Using Continuous-Wave Optically Detected Magnetic Resonance of Nitrogen Vacancy Centers in Diamond
金刚石中的氮空位（NV）中心被认为是用于检测磁场的传感器。脉冲光学检测磁共振（ODMR）通常用于检测AC磁场;然而，该技术只能在仔细校准后实施，该校准涉及对准外部静态磁场、测量连续波（CW）ODMR、确定拉比频率和设置微波相位。相比之下，CW-ODMR可以简单地通过连续应用绿色CW激光和微波场来实现。在这封信中，我们报告了一种方法，使用NV中心和CW-ODMR检测交流磁场。与使用NV中心检测AC磁场的常规方法不同，所提出的方法既不需要脉冲序列也不需要外部施加的DC磁场;这大大简化了实施该方法所需的程序和设备。该方法在室温下的灵敏度为2.5 μT/Hz $^{1/2}$。因此，这种对现有AC磁场传感器的简单替代为实际可行的量子传感器铺平了道路。
2018-01-17 quant-ph
Pulse-width-induced polarization enhancement of optically-pumped N-V electron spin in diamond
金刚石中的氮空位（N-V）心是量子信息处理和计量学中广泛使用的平台。N-V心的电子自旋态可以用光学方法初始化和读出，并可以用共振微波场进行操纵。在这项工作中，我们分析了电子自旋初始化对激光脉冲宽度的依赖性。建立了数值模型对这一过程进行了模拟，并通过实验对模拟结果进行了验证.模拟和实验都揭示了一个事实，即较短的激光脉冲有助于电子自旋极化。因此，我们建议使用超短激光脉冲的电子自旋初始化。实验结果表明，采用脉宽为4 ns的激光脉冲可以使自旋态对比度提高10%左右。此外，我们还提出了一种机制来解释这种效应，即在N-V中心的亚稳自旋单重态中的占据时间。我们的新方案适用于未来广泛的基于NV的应用。
2019-12-13 quant-ph
Broadband AC Magnetic Field Sensing via Continuous wave optically detected magnetic resonance with NV Centers in diamond
Chuo university（中央大学）；Keio University（庆应义塾大学）
提出一种利用微波驱动缀饰态实现宽带交流磁测的方案，通过理论分析和数值模拟证明可检测高达100 MHz的交流磁场。
2026-06-04 quant-ph
Diamond chemical vapor deposition on optical fibers for fluorescence waveguiding
已经开发了一种用于在光纤端面上沉积金刚石晶体并将金刚石中的光学活性缺陷产生的荧光捕获到光纤中的技术。这封信详细介绍了金刚石在光纤上的生长和荧光从金刚石中的氮空位（N-V）色心通过光纤的传输。在化学气相沉积（CVD）生长过程中纳入的缺陷浓度的控制也被证明。这是发展基于金刚石中光学活性缺陷中心的光纤耦合单光子源的第一个关键步骤。
2004-11-10 cond-mat.mtrl-sci 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
Prediction and measurement of the size-dependent stability of fluorescence in diamond over the entire nanoscale
非细胞毒性金刚石纳米颗粒中的荧光缺陷是量子计算中的量子比特、生物医学成像中的光学标记和磁力测量中的传感器的候选者。对于每种应用，这些缺陷需要是光学和化学稳定的，并且以合适的浓度（单个或大量）包含在单个颗粒中。在这封信中，我们结合模拟，理论和实验，提供第一个全面和通用的预测的尺寸，温度和氮浓度依赖的光学活性NV缺陷的稳定性纳米金刚石。
2009-08-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci q-bio.QM
Optically detected nuclear quadrupolar interaction of 14N in nitrogen-vacancy centers in diamond
我们报道了利用电子自旋回波包络调制技术对氮空位中心14 N核自旋的核四极相互作用的灵敏探测。我们施加了一个弱的横向磁场的自旋系统，使某些禁戒跃迁成为弱允许由于二阶效应涉及的非长期条款的超精细相互作用。弱跃迁引起电子自旋回波信号的调制，理论分析表明调制频率主要由核四极频率决定;数值模拟证实了分析结果，并与实验表现出良好的定量一致性。这是一种实验上简单的检测四极相互作用的方法，它可以用来研究具有类似于氮空位中心的能量结构的自旋系统。
2014-05-01 quant-ph
Coherent control of the silicon-vacancy spin in diamond
金刚石中的自旋杂质已经成为广泛的基于固态的量子技术中有前途的构建块。带负电荷的硅空位中心结合了其高质量光子特性与基态电子自旋的优势，可以通过光学方式读出。然而，要使这种自旋作为量子比特进行操作，完全的量子控制是必不可少的。在这里，我们报告的测量光学检测磁共振和示范的相干控制的一个单一的硅空位中心自旋与微波场。利用Ramsey干涉法，我们直接测量了3.6K下的自旋相干时间T2*，为115 +/- 9 ns。相干时间的温度依赖性表明，退相和衰变的自旋引起的基态的轨道分支之间的单声子介导的激发。我们的结果使硅空位中心自旋成为一个可控的资源，建立自旋光子量子界面。
2017-01-24 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quasi-Continuous Cooling of a Microwave Mode on a Benchtop using Hyperpolarized NV$^-$ Diamond
我们证明了在2872 MHz的微波模式的冷却，通过其与光学自旋极化NV $^-$中心在金刚石在零施加磁场的相互作用，从模式中去除热光子。通过用输出2W的连续波532 nm激光器光激发（泵浦）经抛光剂切割的红色金刚石宝石，微波模式被冷却到188 K的噪声温度。只要金刚石被光学激发并保持冷却，这种噪声温度就可以持续保持。在我们的初步设置中，后一个要求将操作限制在10 ms以内。NV $^-$金刚石的模式冷却性能直接与并五苯掺杂的对三联苯的模式冷却性能进行比较，其中我们发现，前者提供了在光激发后立即冷却的优点，而不需要预先（或根本不需要）进行mase，并且能够在显著较低的光泵浦功率下连续冷却。
2022-03-07 physics.app-ph physics.ins-det physics.optics
Coherent control of a strongly driven silicon vacancy optical transition in diamond
制备、光学读出和相干控制单量子态的能力是量子信息处理的关键要求。光学活性固态发射器已经成为有希望的候选者，其作为量子节点和用于连接这些节点的相干光子源的芯片上集成的前景。在强驱动共振激光场作用下，这种量子发射体可以表现出Autler-Townes分裂和Mollow三重态光谱等量子行为。在这里，我们展示了相干控制的强驱动的光学跃迁的硅空位（SiV）在金刚石中心。光子的快速光学检测使得能够观察到时间分辨的相干拉比振荡和来自单个SiV缺陷的光学跃迁的Mollow三重态。探测跃迁的探测进一步证实了强激光场产生的Autler-Townes分裂。所发射的光子的相干时间被证明是可比的，其寿命和强大的驱动激光场下，这是有前途的产生不可分辨的光子。
2017-01-22 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
Photoelectric detection of single spins in diamond by optically controlled discharge of long-lived trap states
本研究提出基于长寿命陷阱态光控放电的光电自旋读出方案CCDMR，以金刚石NV中心为模型实现单自旋高保真电学读出，为固态自旋量子比特探测提供兼具可扩展性与稳定性的新技术。
2025-10-29 quant-ph
Light narrowing of magnetic resonances in ensembles of nitrogen-vacancy centers in diamond
我们研究了金刚石中氮空位中心的光学检测磁共振信号。在不同的光功率和微波功率下测量信号，并提取磁共振信号的对比度和线宽。对于一个广泛的实验设置的微波和光功率，线宽随光功率的增加而减小，并观察到超过两个“光窄化”的一个因素。此外，我们确定，在金刚石中的氮空位中心和取代氮原子之间的自旋-自旋相互作用导致的线形和线宽的变化的光学检测的磁共振信号。最后讨论了窄光效应对优化磁场测量灵敏度的重要性。
2012-10-20 physics.atom-ph quant-ph
Hyperfine spectroscopy and fast, all-optical arbitrary state initialization and readout of a single, ten-level ${}^{73}$Ge vacancy nuclear spin qudit in diamond
本研究实现了对金刚石中单个十能级 ${}^73$Ge 空位核自旋 qudit 的超精细结构观测、核自旋读出，并在微秒尺度上以高达约 84% 的保真度实现了任意态的光控初始化，
2024-02-13 cond-mat.mes-hall quant-ph
Purcell-enhanced optical spin readout of Nitrogen-Vacancy centers in diamond
金刚石中的氮空位色心是一种很有前途的量子固体体系，其应用范围从量子信息处理到磁传感。NVs最有用的特性之一是能够在室温下光学读取它们的基态自旋投影。本文对Purcell增强NV光耦合进行了理论分析，通过理论分析找到了使光学自旋态读出的信噪比最大的最佳参数。我们得出结论，自发发射（通过Purcell增强）和光激发的组合增加可以显着增加读出SNR。
2015-05-05 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
