Super-resolution Localization of Nitrogen Vacancy Centers in Diamond with Quantum Controlled Photoswitching
我们利用一种基于相干量子控制的新型荧光光开关技术实现了金刚石中氮空位中心的超分辨定位。基于脉冲磁场梯度的量子相位编码实现光开关。在扫描共聚焦显微镜下进行超分辨成像，定位精度优于1.4nm。最后，我们表明，量子相位编码的分辨率起着主导作用，并在我们目前的实验条件下，分辨率为0.15 nm是可以实现的。该方法可应用于亚纳米级多耦合缺陷自旋量子位的寻址和控制。
2020-08-05 physics.app-ph quant-ph
Eddy-current imaging with nitrogen-vacancy centers in diamond
我们展示了微波无涡流成像使用金刚石中的氮空位中心。通过检测导电样品的涡流感应磁场，可以区分不同的材料和形状，识别结构缺陷。我们的技术允许根据其导电性区分不同的材料。对于半径$r_0$ = 1，1 mm和高度$h$ = 1，0.1 mm的圆柱形样品，测量的灵敏度计算为8 $\times 10 ^{5}$\，S/m\，$\sqrt[]{\textrm{Hz}}$（体积为$\sim$，0.3 mm $^3$），距离为0.5 mm。与现有技术相比，基于金刚石的器件表现出优异的带宽和空间分辨率。特别是，我们证明了从DC到3.5 MHz的平坦频率响应和348\，$\pm$\，2\，$μ$ m的空间分辨率。
2018-10-05 physics.app-ph quant-ph
Coupling of nitrogen-vacancy centers in diamond to a GaP waveguide
研究了GaP波导中的导模与金刚石中的氮空位（NV）中心的光耦合。测量了电场对金刚石的穿透和导模的损耗。结果表明，该体系可用于在金刚石中实现量子信息处理的耦合微腔-NV器件。
2008-11-03 quant-ph
Silicon-vacancy color centers in phosphorus-doped diamond
掺杂磷（n型）金刚石中色心的受控产生可以促进量子光子器件的电子集成，例如在电注入时操作的单光子源。硅空位（SiV）色心是很有前途的候选者，但迄今为止，在磷掺杂金刚石单光子发射的条件还没有调查。在这项研究中，我们创建SiV色心在金刚石样品中具有不同的磷浓度，并显示由于掺杂，氮杂质和离子注入诱导的缺陷的荧光背景可以显着抑制。在低注量硅离子注入下，在掺磷金刚石中获得了单光子发射体。
2019-12-19 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph quant-ph
Hidden Silicon-Vacancy Centers in Diamond
利用共线光学多维相干光谱技术对金刚石中的高密度负电荷硅空位（SiV $^-$）中心样品进行了表征。通过比较互补信号检测方案的结果，我们确定了一个隐藏的人口的\ce{SiV^-}中心，通常不观察到的光致发光，并表现出显着的光谱不均匀性和延长的电子$T_2$时间。这种现象可能是由应变引起的，表明了一种控制基于色心的量子器件中的电相干性的潜在机制。
2021-05-05 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph quant-ph
Modelling Rabi oscillations for widefield radiofrequency imaging in nitrogen-vacancy centers in diamond
本文研究了金刚石中氮-空位中心在宽场成像系统下的动力学，开发了七能级模型模拟 Rabi 振荡的宽场探测，并成功解释了脉冲序列中不完全再极化导致的不对称形状。
2023-09-12 physics.app-ph physics.ins-det 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
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
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
Introduction to Quantum Optimal Control for Quantum Sensing with Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond
基于金刚石的量子技术是一个快速发展的领域，具有科学和技术的重要性。随着对基于金刚石的量子系统的知识和经验的不断增长，对性能的需求也越来越高。量子最优控制（QOC）为许多现有的挑战提供了直接的解决方案，并为未来的应用提供了基础。结合金刚石中氮空位（NV）中心的QOC策略、量子传感和其他相关量子技术应用的快速回顾，我们给出了必要的背景来总结金刚石中NV中心QOC辅助量子应用领域的最新进展。
2020-06-18 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
Robust High-Dynamic-Range Vector Magnetometry via Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond
我们展示了一个强大的，无标度因子的矢量磁力计，它使用一个闭环频率锁定计划，同时跟踪塞曼分裂共振对的氮空位（NV）中心在金刚石。与开环方法相比，该技术对温度，谐振线宽和对比度的波动具有鲁棒性;提供了三个数量级的动态范围增加;并允许同时询问多个过渡频率。通过直接检测沿金刚石的四个四面体晶轴中的每一个对齐的NV中心的共振频率，我们执行所施加的磁场的全矢量重建。
2018-02-27 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.ins-det
Polarization properties of single photons emitted by nitrogen-vacancy defect in diamond at low temperature
本文利用共振激发法研究了低温下金刚石中单氮空位色心光致发光的偏振特性。我们首先强调，两个激发态轨道分支与两个正交过渡偶极子。使用一个偶极子的选择性激发，然后，我们表明，光致发光是部分非偏振的，由于两个轨道之间的快速弛豫引起的热浴。这一结果可能是重要的背景下实现不可区分的单光子使用NV缺陷的钻石。
2009-06-18 quant-ph
Imaging of high-frequency electromagnetic field by multipulse sensing using nitrogen vacancy centers in diamond
本文提出利用金刚石氮空位中心的多脉冲动力学去耦与幅度整形控制脉冲，在19.23 MHz实现微米级空间分辨率的高频率分辨率射频场成像。
2023-07-05 quant-ph
The non-Abelian geometric phase in the diamond nitrogen-vacancy center
本文介绍了一个理论框架，以了解非阿贝尔几何相位的积累在旋转的氮空位中心的金刚石。具体来说，我们考虑如何可以实现退化状态，并证明所得到的几何相位为多个路径是非阿贝尔。我们发现，非阿贝尔性质的相位是鲁棒的波动的路径和磁场。与以往的研究不同，我们发现在旋转条件下氮空位中心的阿贝尔几何相位的积累的极限时间尺度是$T_{1}$。因此，氮空位中心的非阿贝尔几何相位累积对于作为陀螺仪的应用具有潜在的优势。
2014-02-04 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
A superconducting cavity bus for single Nitrogen Vacancy defect centres in diamond
电路QED已经证明了超导共面谐振器中捕获的单个微波光子与附近的超导量子比特之间的非常强的耦合。在这项工作中，我们将展示如何通过设计一种新型的互连，可以通过磁相互作用将超导谐振器与少量（也许是单个）电子自旋强连接起来。通过将电子自旋选择在金刚石中的氮空位中心内，可以使用微波和射频照射来执行该电子自旋的光学读出、极化和控制。更重要的是，通过利用氮空位中心与附近的13 C核，使用这种互连，人们有可能建立一个量子设备，其中核自旋量子位通过氮空位电子自旋通过超导总线相互作用连接在厘米距离上。
2009-12-18 quant-ph
High temperature spectroscopy of nitrogen vacancy centers in diamond
本文研究了金刚石中带负电荷的氮空位中心在高温高真空条件下的光谱。自旋共振研究使用磁共振（ODMR）的光学检测，和光谱学研究辐射跃迁。随着温度的升高，可见光和红外线的辐射衰减强度降低。此外，ODMR共振频率降低，声子线发射向更高波长移动。将光致发光的测量强度与Mott-Seitz模型的理论预测拟合，得到与非辐射衰变相关的能垒的$0.24 \operatorname{eV}$值。
2023-01-14 quant-ph
Coherent Interactions Between Silicon-Vacancy Centers in Diamond
我们报告相干相互作用内的硅空位色中心的钻石合奏。相互作用归因于共振偶极-偶极耦合。此外，我们证明了控制共振中心对通过使用驱动光脉冲诱导集体，相互作用使能拉比振荡的合奏。非共振中心对不经历集体振荡。
2021-05-03 physics.atom-ph quant-ph
Quantum-memory-assisted entropic uncertainty relation with a single nitrogen-vacancy center in diamond
当被测粒子与量子存储器最大纠缠时，可以消除同时测量非对易观测量的限制。我们提出了一个建议，测试这种量子记忆辅助熵的不确定性关系在一个单一的氮空位（N-V）中心的金刚石只有本地电子测量。作为一个应用，这个熵的不确定性关系被用来证明电子和N-V中心的核自旋之间的纠缠，这是接近现有技术的范围。
2012-12-22 quant-ph
Investigation of oxygen-vacancy complexes in diamond by means of \textit{ab initio} calculations
本文通过第一性原理密度泛函理论计算系统研究了金刚石中的氧-空位复合物，发现其高自旋基态排除了作为ST1色心起源的可能性，并表征了一种高自旋亚稳态复合物的磁光性质以供未来实验识别。
2023-04-27 cond-mat.mtrl-sci 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
Laser and Microwave Excitations of Rabi Oscillations of a Single Nitrogen-Vacancy Electron Spin in Diamond
在室温下观察到金刚石中单氮空位（NV）中心电子自旋的拉比振荡的崩塌和复苏形状。由于主体14 N核自旋和NV中心电子自旋之间的超精细相互作用，14 N核自旋的不同取向导致基态ms=0和激发态ms=1之间的跃迁的三重态分裂。微波可以均匀地激发这三个跃迁，产生三个独立的章动，拉比振荡的形状是三个章动的组合。这一结果为金刚石中的电子自旋振荡提供了一个新的视角。
2010-09-09 quant-ph
Identical Photons from Multiple Tin-Vacancy Centers in Diamond
我们报道了金刚石中锡空位（SnV）中心的零声子线的窄的非均匀分布和多个分离的SnV中心的光谱的重叠。在低温下的光致发光激发光谱测量表明，SnV中心表现出稳定的荧光和线宽接近傅立叶变换限制的线宽。不均匀分布低至~4 GHz，这使得能够观察到Sn同位素依赖的共振频率。由于窄的不均匀分布，我们观察到多个SnV中心显示出几乎相同波长和线宽的相同光子。即使在不同的金刚石样品中也观察到相同的SnV中心，证实了高质量SnV中心的可靠制造。
2022-08-12 quant-ph
All-optical high-resolution magnetic resonance using a nitrogen-vacancy spin in diamond
提出了一种全光学方案来延长金刚石中带负电荷的氮空位（NV）中心的量子相干性。NV自旋的光学控制抑制了$^{3}\text{A}_{2}$基态的能量波动，并形成能隙保护子空间。通过光学控制，磁共振谱线宽度变窄，对磁场源频率的测量具有更高的分辨率。光学控制还提高了磁场检测的灵敏度，并且可以提供对信号源的方向的测量。
2014-04-04 quant-ph
Quantum microwave-optical interface with nitrogen-vacancy centers in diamond
提出了一种利用金刚石中的氮空位（NV）中心实现微波与可见光光子相干量子界面的有效方案。在该设置中，NV中心系综同时耦合到光学腔和微波腔。我们发现，通过使用集体自旋激发模式作为中介，量子态可以通过双交换方案或暗态协议在微波腔和光学腔之间转移。这种混合量子界面在单微波光子探测或量子信息处理中可能提供有趣的应用。
2017-09-14 quant-ph
Low temperature studies of the excited-state structure of Nitrogen-Vacancy color centers in diamond
本文报道了在低温下结合共振激发和光学检测磁共振技术对金刚石中单个氮空位缺陷的3E激发态结构的研究。的激发态结构的理论模型的开发，并显示出良好的协议与实验观察。此外，我们还发现在室温下，与3E激发态相关的两个轨道分支是平均的。这项研究导致了一个改进的物理理解的NV缺陷的电子结构，这是非常宝贵的金刚石为基础的量子信息处理的发展。
2009-05-18 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
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
Wide-field magnetometry with nitrogen-vacancy centers in randomly oriented micro-diamonds
近年来，金刚石中氮空位色心的磁学研究引起了人们极大的兴趣。磁场的三维定向的绝对知识对于许多应用是必要的。传统的磁力测量通常使用具有薄NV层的块状金刚石中的NV集合或金刚石尖端形式的扫描探针来执行，这需要光滑的样品表面和探测装置的接近度，通常限制了感测能力。在这里，我们提出了一种用于确定相对于金刚石晶格的磁场矢量的三维取向的方法。我们证明了沉积在平面上的任意取向的亚微米尺寸的金刚石粉末中的NV中心可以用于感测磁场。我们的工作可以扩展到不规则的表面，这显示了一个有前途的路径纳米金刚石为基础的光子传感器。
2022-10-30 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
Experimental and theoretical analysis of noise strength and environmental correlation time for ensembles of nitrogen-vacancy centers in diamond
从实验和理论上研究了不同自旋浓度金刚石中氮空位中心的哈恩回波衰减曲线。哈恩回波结果表明，低自旋浓度的非指数衰减，而指数衰减是占主导地位的高自旋浓度。通过用理论模型拟合衰变曲线，我们发现环境噪声的幅度和关联时间都与自旋浓度有明显的依赖关系。这些结果对于优化高性能量子器件，特别是量子传感器中的NV中心浓度至关重要。
2019-09-17 quant-ph
Wide-Field Strain Imaging with Preferentially-Aligned Nitrogen-Vacancy Centers in Polycrystalline Diamond
我们报告宽场光学检测磁共振成像的氮空位中心（NVs）在IIa型多晶金刚石。这些研究揭示了一个异质的结晶环境，产生不同密度的NV中心，包括一些个别晶粒内的优先取向，但保留长的自旋相干时间。使用本机NV作为纳米级传感器，我们介绍了一种三维应变成像技术，具有高灵敏度（$< 10^{-5}$ Hz $^{-1/2}$）和衍射限制的分辨率在宽视场。
2016-11-03 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Depletion of nitrogen-vacancy color centers in diamond via hydrogen passivation
我们发现，由于金刚石暴露于700°C至1000°C的氢等离子体，单晶金刚石中氮空位（NV）色心的发射显著减少。在约10分钟后，在暴露表面下方观察到显著的荧光减少至至少80mm深度，并且在1100°C下真空退火后7小时后没有恢复。我们归因于荧光减少NVH中心的形成等离子体诱导的氢扩散。这些结果对量子应用中氮空位中心的形成具有重要意义，并为我们理解氮空位向NVH的转化提供了信息，同时也为氢通过本征高纯金刚石材料的长程扩散提供了第一个实验证据。
2011-08-30 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
Cavity-enhanced room-temperature magnetometry using absorption by nitrogen-vacancy centers in diamond
我们提出了一种基于金刚石中氮空位中心的腔增强型室温磁场传感器。使用与1042 nm自旋单态跃迁共振的光的吸收来检测磁共振。将金刚石放置在外部光学腔中以增强吸收，即使在室温下也观察到显著的吸收。我们证明了磁场灵敏度为2.5 nT/sqrt（Hz），并且对于几mW的红外线，设计了70 pT/sqrt（Hz）的光子散粒噪声限制灵敏度，并且对于90 um x 90 um 200 um的感测体积，设计了250 fT/sqrt（Hz）的量子投影噪声限制灵敏度。
2014-01-10 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
Interaction of a heralded single photon with nitrogen-vacancy centers in a diamond
一个简单的，室温下，腔和真空的光子-物质相互作用的接口实现。实验中，一个自发参量下转换过程产生的单光子被氮空位色心系综吸收。与声子边带相关联的宽吸收谱解决了典型原子介质中的窄吸收带宽与量子光的宽带光谱的失配问题。所预示的单光子源在452-575 nm的光谱范围内是可调谐的，这与氮空位中心的吸收光谱很好地重叠。
2021-01-12 quant-ph
Optically Detected Magnetic Resonances of Nitrogen-Vacancy Ensembles in 13C Enriched Diamond
我们提出了一个实验和理论研究的光学检测磁共振信号的合奏带负电荷的氮空位（NV）中心在13 C同位素富集单晶金刚石。在零磁场条件下，我们观察到四个宽的跃迁峰，并研究了它们对外加磁场的依赖性。一个理论模型，再现这些光谱的所有定性特征。了解同位素富集金刚石中NV中心的磁共振谱对于核磁共振的新兴应用是重要的。
2016-08-31 cond-mat.mes-hall 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
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
Quantum Control for Nanoscale Spectroscopy With Diamond Nitrogen-Vacancy Centers: A Short Review
近年来，基于色心的金刚石量子技术迅速兴起。氮空位色心由于其优异的自旋性质和光学可寻址性而引起了人们的特别兴趣。NV中心已被用于实现创新的多模量子增强传感器，在室温下提供前所未有的高灵敏度和空间分辨率的组合。技术进步和潜在的传感应用的拓宽引起了对NV量子传感器性能进步的日益增长的需求。量子控制在响应这一需求方面发挥着关键作用。本文简要介绍了量子控制辅助量子传感和磁场光谱学的最新进展。
2021-02-12 quant-ph
Nanoscale sensing based on nitrogen vacancy centersin single crystal diamond and nanodiamonds:achievements and challenges
在仪器、材料和理论描述的共同发展的推动下，固体中量子发射体的传感和成像能力在过去二十年中显著提高。固体中的量子发射体，其性质类似于原子和离子，提供了另一种方法来探测自然和人工纳米系统，具有最小的干扰和最终的空间分辨率。在这些新兴的量子发射体中，金刚石中的氮空位色心是一个突出的例子，因为它在室温下具有固有的性质（高发光、光稳定、生物相容、高相干自旋态）。本文综述了纳米金刚石和单晶金刚石中NV中心在传感和成像方面的最新进展和成就。我们还强调了不同类型钻石的普遍挑战和材料方面，并概述了使用颜色中心作为传感器时要考虑的主要参数。作为一种新型的传感资源，我们突出的NV centersas发光电偶极子和它们的耦合到其他纳米级偶极子，如石墨烯的属性。
2019-09-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Optical charge state manipulation of lead-vacancy centers in diamond
本文针对金刚石中铅空位中心（PbV）的电荷态控制问题，通过多色激光辐照实现负电荷态布居数0-89%的可调操控，提出中性与负电荷态间的电荷循环，为负电荷态PbV自旋控制及中性PbV研究提供基础。
2025-08-26 quant-ph
Optimal Control Theory Techniques for Nitrogen Vacancy Ensembles in Single Crystal Diamond
本文研究无静磁场下单晶金刚石中氮空位系综的控制方法，提出利用圆偏振微波和最优控制理论实现对四个主轴系统的同步与集体控制，为高灵敏度量子传感设备奠定基础。
2023-07-03 quant-ph
Magnetic ordering of nitrogen-vacancy centers in diamond via resonator-mediated coupling
金刚石中的氮空位中心是量子信息处理的一个有前途的候选者，也可能是模拟多体物理的理想平台。然而，很难实现氮空位中心之间的相互作用强到足以在实际温度下形成宏观有序相。在这里，我们提出了一个方案，实现远程铁磁伊辛相互作用之间的遥远的氮空位中心，通过使用机械谐振器作为介质。由于长程伊辛模型中的临界温度与自旋数成比例，因此对于具有$\sim10^4$氮空位中心的样品，在数十毫开尔文的温度下可以形成铁磁有序。该方法为利用量子比特系统研究多体物理提供了一个新的平台。
2015-03-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spectral Broadening and Ultrafast Dynamics of a Nitrogen-Vacancy Center Ensemble in Diamond
金刚石中氮空位（NV）中心的许多应用关键依赖于光谱窄且稳定的光学零声子线跃迁。虽然已经证明了许多令人印象深刻的原理验证实验，但在工程NV中心仍有许多工作要做，这些中心的光谱特性对于实际实施来说足够强大。为了阐明其与环境的相互作用的机制，我们应用多维相干光谱的NV中心系综散装金刚石在低温下。我们的光谱揭示了由于准局域振动模式以及皮秒时间尺度上的超快光谱扩散引起的热退相。的固有的，整体平均均匀线宽被发现是在几十GHz的范围内，通过外推到零温度。我们还观察到一个温度依赖性的斯塔克分裂的激发态歧管，相关的NV传感协议。
2020-10-31 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
Orbital state manipulation of a diamond nitrogen-vacancy center using a mechanical resonator
我们研究了一个单一的氮空位（NV）中心的共振光学跃迁，这是由一个强大的机械驱动相干打扮。使用千兆赫兹频率的金刚石机械谐振器，应变耦合到NV中心的轨道状态，我们展示了相干拉曼边带的第九阶和轨道声子相互作用，混合两个激发态轨道分支。这些相互作用的光谱揭示通过多声子拉比分裂的轨道分支，其规模作为谐振器驱动振幅的函数，并成功地再现在量子模型。最后，我们讨论了机械驱动在NV中心轨道态工程中的应用。
2018-01-20 quant-ph
High-Pressure NMR Enabled by Diamond Nitrogen-Vacancy Centers
核磁共振和高压技术的结合为研究极端条件下的电子、结构和动力学性质带来了独特的机会。尽管使用基于线圈的方案已经取得了很大程度的成功，但这两种技术对样品体积的矛盾要求仍然是一个突出的挑战。在这封信中，我们介绍了金刚石氮空位（NV）中心，作为源和探针的原位核自旋极化，以解决样品体积的问题。我们证明了在高压下$^{14}$ N核自旋的超极化和相干控制。在16.6 GPa下测量了一种微金刚石的NMR谱，观察到了$^{14}$ N核四极子的压移和超精细耦合项.我们的工作有助于在极端条件下的量子传感增强光谱。
2022-03-20 quant-ph
Phonon Induced Spin Dephasing Time of Nitrogen Vacancy Centers in Diamond from First Principles
具有长退相时间的自旋量子比特是新量子技术发展的基本要求，并且具有从量子信息处理到量子存储器和量子网络的许多潜在应用。本文对金刚石中带负电荷的氮空位中心缺陷色心的自旋退相时间进行了理论研究和计算。我们采用从头算密度泛函理论计算电子结构，并提取退相时间使用累积展开方法。我们发现，声子诱导的退相是T2在低温下的一个限制因素，与最近的实验，使用动态去耦技术。这种方法可以推广到半导体、分子系统和其他带隙材料中的其他自旋缺陷。
2022-09-23 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
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
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
