Atomic-scale positioning of single spins via multiple nitrogen-vacancy centers
我们提出了一个通过金刚石中的多个氮空位中心定位单个电子自旋的方案。由于动力学解耦抑制了不必要的噪声，每个中心的自旋相干性由于位于距离中心$4{\sim20}$ nm处的单个电子自旋而产生特征振荡。我们可以从每个中心的特征电子自旋相干振荡中提取位置信息。该方案对高分辨率的纳米尺度磁测量和基于自旋的量子计算是有用的。
2016-04-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Real-Time Magnetometry Using Dark States of a Nitrogen Vacancy Center
我们证明了实时磁强计检测荧光从氮空位中心的相干布居陷阱的设置和估计磁场从所观察到的光子计数的时间序列，这是相关的基础领域。原理验证实验使用遵循Ornstein-Uhlenbeck（Ornstein-Uhlenbeck）过程的外部时变磁场。通过考虑光子过程的统计特性，基于贝叶斯推断的估计器可以有效地实时更新场的动态信息，仅检测单个光子。
2021-11-18 cond-mat.mes-hall 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
Probing the Origins of Inhomogeneous Broadening in Nitrogen-Vacancy Centers with "Doppler-Free" Type Spectroscopy
为了更好地理解金刚石中氮空位中心的基本物理过程，并实现该系统在技术应用中的改进，必须对表观不均匀加宽的起源获得新的见解。在这项工作中，我们利用一种新型的光谱专门为此任务开发。泵浦-探测光谱学与原子蒸气中使用的无多普勒光谱学密切相关。我们表明，起源的不均匀加宽来自本地磁场变化的金刚石晶格。
2018-07-24 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
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
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
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
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
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
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
Hybrid quantum device with nitrogen-vacancy centers in diamond coupled to carbon nanotubes
我们发现，氮空位（NV）中心的金刚石与悬浮的碳纳米管进行直流电流接口可以促进自旋纳米机械混合装置。我们证明了一个单一的NV自旋和悬浮纳米管的振动模式之间的强磁力相互作用可以通过外部控制系统参数进行设计和动态调谐。这种具有强的\emph{intrinsic}和\emph{tunable}磁力耦合的自旋纳米机械设置允许构建具有NV中心和碳基纳米结构的混合量子器件，以及具有自旋量子位的声子介导的量子信息处理。
2016-07-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Decoherence and dynamical decoupling control of nitrogen-vacancy center electron spins in nuclear spin baths
理论研究了高纯金刚石中氮空位中心电子自旋的退相干和动力学解耦控制，其中与$^{13}$ C核自旋的超精细相互作用是主要的退相干机制.退相干被表述为电子自旋与核自旋之间的纠缠，这是由电子自旋状态的核自旋浴演化引起的。核自旋浴演化是由单自旋进动和成对触发器等基本过程驱动的。退相干中不同基元过程的重要性取决于外磁场的强度。
2011-08-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Orbital and Spin Dynamics of Single Neutrally-Charged Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond
中性电荷态在基于氮空位中心的量子信息和传感应用中起着重要作用。然而，轨道和自旋动力学仍然是未知的。在这里，我们使用单中心的共振激发直接揭示精细结构，使自旋轨道状态的选择性寻址。通过泵浦-探测实验，我们得到了4.7K时的轨道弛豫时间（430 ns），并测量了11.8K以下的轨道弛豫时间随温度的变化。最后给出了自旋弛豫时间（1.5 s），实现了自旋态的投影高保真单激发读出（$\geq98\%$）。
2020-07-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Decoherence of Nitrogen Vacancy Centers in Diamond
我们模型的退相干和退相的氮空位（NV）中心在金刚石由于一个嘈杂的顺磁浴，有和没有一个射频场的存在下，耦合水平的基态电子态歧管，使用一个简单的量子力学模型，允许解析解。该模型处理NV三能级基态系统中存在的波动磁场，从环境中产生的，并导致退相干，退相和耗散。我们表明，所有9个本征模的三能级系统相互耦合，由于与环境的相互作用，我们讨论的拟合实验中，退相干发挥作用的后果。
2015-11-29 cond-mat.mes-hall quant-ph
Bandwidth analysis of AC magnetic field sensing based on electronic spin double resonance of nitrogen-vacancy centers in diamond
最近，我们已经证明了交流磁场传感方案，使用一个简单的连续波光学检测金刚石中的氮空位中心的磁共振[Appl.Phys.Lett. 113，082405（2018）]。该方案基于连续微波和射频（RF）场激发的电子自旋双共振。本文测量和分析了不同频率微波和射频场的双共振谱和磁场灵敏度。结果，我们观察到一个明确的反交叉的RF修饰的电子自旋态的光谱和估计的带宽约为5 MHz的中心频率为9.9 MHz。
2019-05-31 cond-mat.mes-hall quant-ph
Quantum interference of single photons from remote nitrogen-vacancy centers in diamond
我们证明了量子干涉不可区分的光子发射的两个氮空位（NV）中心在不同的钻石样品分开两米。宏观固体浸没透镜用于提高光子收集效率。通过测量二阶互相关联函数$g^{(2)}(0) = 0.35 \pm 0.04<0.5$的值来验证量子干涉。此外，通过施加外部电场，两个分离的NV中心的光学跃迁频率被调谐成彼此共振。扩展目前的方法来产生远程固态量子比特的纠缠进行了讨论。
2012-04-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Conversion of neutral nitrogen-vacancy centers to negatively-charged nitrogen-vacancy centers through selective oxidation
中性氮空位中心带负电荷的氮空位中心的转换被证明是由离子注入和退火在高纯金刚石中心。当表面暴露于465 C的氧气气氛时发生转化。电荷转换中心的光谱特性进行了研究。接近金刚石表面的氮空位中心的电荷状态控制是将这些中心集成到用于量子信息和磁传感应用的设备中的重要一步。
2010-01-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Enhanced DC-Field Metrology Using Nitrogen Vacancy Spins via Strong Collective Coupling and Fano-Scattering
氮空位系综有望在环境条件下实现磁场传感的灵敏度和分辨率的前所未有的组合。然而，它们的全部感测潜力受到它们的集体相干性的不均匀退化的限制，而动态解耦限制感测到AC场的检测。在这里，我们建议使用最近证明的腔保护效应的室温下，基于集成的直流计量。我们确定了一个参数空间，其中强耦合可以持续在室温下，其中的修饰状态仅限于腔模式和合奏纵向弛豫的退相，显示aT Hz $^{-\frac{1}{2}}$直流场的灵敏度理论上是可以实现的进一步增强通过范诺干涉。
2015-09-30 cond-mat.mes-hall quant-ph
Polarization- and frequency-tunable microwave circuit for selective excitation of nitrogen-vacancy spins in diamond
我们报道了一种平面微波谐振器，它提供任意极化的振荡磁场，使金刚石中氮空位（NV）中心的电子自旋能够被选择性激发。偏振面平行于金刚石表面，这使得谐振腔与（111）取向金刚石完全兼容。在直径为4 mm的圆形区域内，场分布在空间上是均匀的，并且实现了接近完美的圆偏振。我们还证明，通过引入用作可变电容器的变容二极管，可以在2-3.2 GHz范围内改变2.8 GHz的原始谐振频率。
2016-09-20 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optomechanical Quantum Control of a Nitrogen Vacancy Center in Diamond
我们展示了光机械量子控制的内部电子状态的金刚石氮空位（NV）中心的解析边带制度通过耦合NV的光场和表面声波通过声子辅助的光学跃迁，并利用强激发态的电子-声子耦合的NV中心。光机械驱动的拉比振荡以及光机械边带和直接偶极光跃迁之间的量子干涉已经实现。这些研究打开了使用解析边带光机械耦合的量子控制的类原子的内部状态和运动状态的耦合NV-纳米机械系统，导致发展的固态模拟的被困离子。
2016-03-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherent Manipulation with Resonant Excitation and Single Emitter Creation of Nitrogen Vacancy Centers in 4H Silicon Carbide
碳化硅（SiC）由于其能够承载光学可寻址的自旋量子位和晶圆尺寸的样品，已成为实现可扩展量子技术的关键参与者。在这里，我们已经证明了光学检测磁共振（ODMR）与共振激发，并清楚地确定了基态能级的NV中心在4 H-SiC。用Rabi和Ramsey振荡实现了SiC中NV中心的相干操纵。最后，我们成功地产生和表征的单氮空位（NV）中心的SiC采用离子注入。我们的研究结果是突出的关键作用的NV中心在SiC作为一个潜在的候选量子信息处理。
2022-10-02 cond-mat.mes-hall quant-ph
Hybrid opto-mechanical systems with nitrogen-vacancy centers
在这篇综述中，我们简要概述了最近的工作混合（纳米）光机械系统，同时包含机械振荡器和金刚石氮空位（NV）中心。我们回顾两种不同类型的机械振荡器。第一种是具有固定频率的钳位机械振荡器，例如悬臂。第二种是具有内建氮空位中心的光学捕获纳米金刚石。通过将机械谐振器与电子自旋耦合，我们可以使用自旋来控制机械振荡器的运动。对于第一种设置，我们讨论了两种不同的耦合机制，即磁耦合和应变诱导耦合。总结了它们在冷却机械振子、产生NV中心之间的纠缠、压缩自旋系综等方面的应用。对于第二种装置，讨论了如何利用磁耦合产生量子叠加态，并实现物质波干涉仪。我们也将回顾其作为超灵敏质谱计的应用。最后，我们讨论了新的耦合机制和应用领域。
2015-01-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Vertical distribution of nitrogen-vacancy centers in diamond formed by ion implantation and annealing
进行蚀刻实验，其揭示通过离子注入和退火在靠近表面处产生的金刚石中的光学活性氮空位（NV）中心的垂直分布。的NV分布强烈地依赖于原生氮浓度，和中性和带负电荷的NV峰的光谱测量提供证据，在较低的氮材料中的电子耗尽效应。这些结果对于潜在的量子信息和磁力计设备是重要的，其中NV中心必须被创建在非常接近于用于耦合到光学结构的表面处。
2009-02-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Can ultraprecision polishing techniques improve the coherence times of nitrogen-vacancy centers in diamond?
我们研究了金刚石表面粗糙度与近表面氮空位中心（~7 nm/ 5 keV注入能量）相应的$T_2$时间之间的相关性。为此，我们比较了五种不同的抛光技术，包括纯机械以及化学机械方法，两种不同的基板源（Diam 2 tec和元素六）和两种不同的表面终止（O-和H-终止）在氮空位形成。测量并比较在520 °C下氧表面处理之前和之后的所有相干时间。我们发现，浅氮空位中心的相干时间是令人惊讶的独立的表面粗糙度。
2018-01-10 cond-mat.mes-hall
Absolute magnetometry based on quantum beats in diamond nitrogen-vacancy centers
基于金刚石中氮空位中心基态的量子拍频，我们提出了一种不受温度波动和应变不均匀性影响的绝对磁强计。我们应用这种技术来测量低频磁场噪声使用一个单一的氮空位中心位于500 nm内的同位素纯（99.99%C12）金刚石的表面。在4.45 s的采集时间内，光子散粒噪声限制的灵敏度达到38 nT/Hz ^[1/2]，比仅使用两个自旋能级的实现方式高出2^1/2倍。对于长采集时间（>10 s），我们实现了高达15倍的磁灵敏度的改善，这表明了我们的技术对热漂移的鲁棒性。将我们的技术应用于氮空位中心合奏，我们消除了纵向应变不均匀性的失相，导致灵敏度提高了2.3倍。
2012-12-06 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Fast, nanoscale addressability of nitrogen-vacancy spins via coupling to a dynamic ferromagnetic vortex
铁磁涡旋域的核心产生了一个强大的局部磁场，可以在纳秒时间尺度上进行操纵，提供了一个平台，用于在室温下以纳米级分辨率寻址和控制金刚石中的单个氮空位中心自旋。首先，我们表明，铁磁涡旋可以驱动到附近的氮空位缺陷使用小的外加磁场，诱导显着的氮空位自旋分裂。其次，我们发现，由涡旋产生的磁场梯度足以解决纳米长度尺度分离的自旋。通过施加微波频率的磁场，我们驱动涡旋和氮空位自旋，从而增强自旋态的相干旋转。最后，我们证明，通过驱动的涡旋上的快速时标，顺序寻址和相干操纵的自旋是可能的$\sim100$ ns时标。
2016-04-15 cond-mat.mes-hall
Local excitation of surface plasmon polaritons using nitrogen-vacancy centers
使用具有多个氮空位（NV）中心（~400）的（~100）nm尺寸的纳米金刚石（ND）在银表面局部激发表面等离子体激元（SPP）。来自外部照射（在532 nm处）ND和来自附近ND（其未被照射但产生由照射ND激发的SPP的面外散射）的荧光表现出明显不同的波长光谱，显示出由于SPP传播损耗而引起的短波长滤波。结果表明，具有多个NV中心的ND可以用作平面集成等离子体的有效亚波长SPP源，用于各种应用。
2016-09-15 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Deterministic formation of highly coherent nitrogen-vacancy centers using a focused electron irradiation technique
我们证明了金刚石中氮空位（NV）中心的完全三维和图案化定位，相干时间超过1 ms。CVD金刚石生长过程中的氮δ掺杂将氮垂直限制在4 nm，而透射电子显微镜（TEM）的电子辐照将空位横向限制在1 μm以下。我们表征了电子能量和剂量对NV形成的影响。重要的是，我们的技术能够在金刚石纳米结构内形成可靠的高质量NV中心，并应用于量子信息和传感。
2015-12-30 cond-mat.mes-hall
High-resolution spectroscopy of a single nitrogen-vacancy defect at zero magnetic field
本文报道了在零磁场及零磁场附近金刚石晶体中氮空位中心的高分辨微波光谱研究。我们观察到的特征分裂和过渡的超精细跃迁，这源于在横向有效场的存在下，从水平反交叉的不平衡。我们使用脉冲电子自旋共振谱测量零场光谱特征的单氮空位中心清楚地解决这样的水平反交叉。为了定量分析有效场作用下超精细自旋跃迁的磁共振行为，提出了一个描述任意极化微波磁场作用下超精细自旋跃迁强度的理论模型.我们的结果对于优化零磁场或弱磁场中自旋1体系的极化选择微波激发实验条件具有重要意义。
2022-06-30 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Longitudinal spin-relaxation in nitrogen-vacancy centers in electron irradiated diamond
本文系统地测量了合成金刚石中氮空位色心（NV $^-$）基态自旋极化的纵向弛豫率（$1/T_1$）随NV $^-$浓度和磁场$B$的变化。NV $^-$中心通过用来自透射电子显微镜的200 keV电子沿[100]轴以不同剂量照射1b型单晶金刚石来产生，以获得不同NV $^-$中心浓度的斑点。测量每个点的（$1/T_1$）值作为$B$的函数。
2015-11-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Nuclear-spin-dependent coherent population trapping of single nitrogen vacancy centers in diamond
相干布居俘获（CPT）为探测原子系统的能级结构提供了一种高灵敏度的手段。对于金刚石中的氮空位中心，CPT为测量电子基态的超精细结构提供了标准光学检测磁共振方法的替代方案。我们表明，核自旋相关的CPT直接测量由于14 N核自旋的这些状态的超精细分裂。CPT光谱响应中得到的强微波场的存在下，共振或近共振的基态自旋跃迁，映射出动态斯塔克分裂诱导的相干自旋激发。
2013-03-02 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Electron spin contrast of Purcell-enhanced nitrogen-vacancy ensembles in nanodiamonds
金刚石中的氮空位中心允许在室温下进行相干自旋态操纵，这可能会给纳米传感和量子信息技术带来巨大的进步。介绍了一种用光学方法测量致密氮空位系综自旋衬度的新方法。这种方法带来了一个新的见解之间的相互作用的自旋衬度和荧光寿命。我们表明，为提高自旋读出灵敏度NV系综，应该着眼于修改远场辐射图案，而不是提高发射率。
2017-03-20 cond-mat.mes-hall
Pump-Enhanced Continuous-Wave Magnetometry using Nitrogen-Vacancy Ensembles
金刚石中氮空位中心的集合体是用于高灵敏度磁力测量的非常有前途的平台，其功效通常基于有效地产生和监测磁场依赖的红外荧光。在这里，我们报告了一个增加的传感效率与使用的532 nm的共焦谐振腔和微波谐振器天线测量局部磁噪声密度使用固有的氮空位浓度的化学气相沉积单晶金刚石。我们测量的近拍摄噪声限制的磁噪声地板200 pT/ $\sqrt{\text{Hz}}$跨越带宽高达159 Hz，和提取的灵敏度约为3 nT/ $\sqrt{\text{Hz}}$，进一步增强有限的噪声地板的锁定放大器和激光损伤阈值的光学元件。微波和光泵浦速率参数空间的探索证明了通过使用光学腔达到的线宽变窄区域，允许实现增强的灵敏度，尽管未优化的收集效率<2%，并且氮空位浓度约为0.2 ppb。
2017-09-06 cond-mat.mes-hall physics.ins-det quant-ph
Quantum Zeno effect in a nitrogen-vacancy center embedded in a spin bath
研究了金刚石中被$^{13}$ C核自旋浴包围的氮空位中心的纵向弛豫。利用团簇关联展开（CCE）方法，数值模拟了低温下交叉弛豫引起的电子态衰减过程。结果表明，该方法不仅能够描述大失谐区的纯退相效应，而且还能模拟近共振区的量子动力学行为。我们提出了一个通过实现量子芝诺效应（QZE）来减缓NV中心衰变的方案。计算结果表明，QZE能有效地抑制NV心的衰变。
2016-08-07 cond-mat.mes-hall physics.optics quant-ph
Electrical Tuning of Single Nitrogen-Vacancy Center Optical Transitions Enhanced by Photoinduced Fields
我们证明了精确控制的零声子光学跃迁能量的单个氮空位（NV）中心的金刚石通过施加多轴电场，通过直流斯塔克效应。斯塔克位移显示令人惊讶的不对称性，我们归因于增强和整流的本地电场的光电离的电荷陷阱中的金刚石。利用这种效应，我们将应变NV中心的激发态轨道调谐到简并，并将所得简并光学跃迁频率改变>10 GHz，这与不均匀频率分布相当。这种技术将促进光子网络内NV中心自旋的集成。
2012-01-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Nitrogen isotope effects on boron vacancy quantum sensors in hexagonal boron nitride
本文研究$^{15}$N同位素富集hBN中硼空位缺陷的磁共振特性，测得$^{15}$N自旋超精细相互作用参数为64 MHz，为量子传感用hBN提供了设计准则。
2023-09-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Dark State Polarizing a Nuclear Spin in the Vicinity of a Nitrogen-Vacancy Center
氮空位中心附近的核自旋具有较长的相干时间，并且由于与氮空位中心的强超精细相互作用而便于调控。为后续的量子信息存储和处理提供了合适的初始化方案。然而，目前的实验方案要么对磁场的倾斜度和大小敏感，要么需要数千次重复才能成功实现。在这里，我们建议极化13 C核自旋附近的NV中心通过暗态。我们从理论上证明了该方法对不同超精细耦合和噪声强度的核自旋具有鲁棒性。
2017-08-28 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Nanoscale Sensing Using Point Defects in Single-Crystal Diamond: Recent Progress on Nitrogen Vacancy Center-Based Sensors
固体中的单个发光点缺陷，即所谓的色心，是原子大小的量子系统，能够以纳米级的空间分辨率进行传感和成像。在这篇综述中，我们介绍了纳米级传感的基础上个别氮空位（NV）中心的钻石。我们讨论了该领域的两个主要挑战：第一，在单晶金刚石表面以下小于10 nm的高度相干的浅NV中心的创建。第二，尖端状光子纳米结构的制造，使有效的荧光收集，并可用于扫描探针成像的基础上的色心与纳米级的分辨率。
2017-05-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Homogeneous Microwave Delivery for Quantum Sensing with Nitrogen-Vacancy Centers at High Pressures
Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）；Center for Integrated Nanotechnologies, Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室集成纳米技术研究中心）
本研究提出了一种新型槽状设计，通过优化微波传输提升高压环境下氮空位中心的量子传感性能。
2026-01-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Nanoscale nuclear magnetic resonance with a 1.9-nm-deep nitrogen-vacancy sensor
我们提出了纳米级的NMR测量与氮空位（NV）中心位于约2纳米的金刚石表面。NV中心是通过浅离子注入，然后在空气中使用氧化蚀刻缓慢地、逐纳米地去除金刚石材料来创建的。NV中心与表面的紧密接近产生了高达3.4 uT-rms的大的1H NMR信号，对应于在~（1.8 nm）^[3]探测体积中的~330个统计极化或~10个完全极化的质子自旋。
2014-01-22 cond-mat.mes-hall
Enhanced metrology using preferential orientation of nitrogen-vacancy centers in diamond
我们证明了氮空位（NV）色心的择优取向沿两个四个可能的晶轴在金刚石生长的化学气相沉积在{100}面。我们确定了相关的增长制度，并提出了一个可能的解释这种影响。我们表明，优先取向提供了增加的光学读出对比度的NV多自旋测量，包括增强的AC磁场灵敏度，从而提供了一个重要的一步，高保真度多自旋量子位量子信息处理，传感和计量。
2012-07-13 cond-mat.mes-hall
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
Decoherence of near-surface nitrogen-vacancy centers due to electric field noise
我们发现，电场噪声从表面电荷波动可以是一个重要的来源，近表面的氮空位（NV）中心的自旋退相干。这一结论是基于当金刚石表面覆盖有高介电常数液体（如甘油）时观察到的自旋相干性增加。双共振实验表明，即使在施加液体时与附近电子自旋的耦合没有改变，也会发生改善的相干性。多脉冲自旋回波实验揭示了甘油对NV频率噪声频谱的影响。
2015-07-17 cond-mat.mes-hall
Light Dark Matter Search with Nitrogen-Vacancy Centers in Diamonds
本研究提出利用金刚石氮-空位中心的直流与交流磁测量探测轴子、暗光子等轻暗物质，并评估其对暗物质耦合的灵敏度。
2025-03-14 cond-mat.mes-hall hep-ex hep-ph
Exciton-polariton mediated interaction between two nitrogen-vacancy color centers in diamond using two-dimensional transition metal dichalcogenides
本文从量子主方程出发，讨论了金刚石中两个带负电荷的氮空位色心通过激子-极化激元在金刚石晶体附近的二维过渡金属二硫族化物层中传播的相互作用。我们专注于光学1.945 eV跃迁和模型的氮空位色心作为两个层次的（人工）原子。我们发现，相互作用参数和能级重整化常数对氮空位中心到过渡金属二硫族化物层的距离非常敏感。得到了激子-极化激元谱和进入林德布拉德方程的阻尼常数的解析表达式。讨论了激子介导超辐射产生的条件。
2020-09-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Longitudinal spin relaxation in nitrogen-vacancy ensembles in diamond
本文对金刚石中带负电荷的氮空位中心系综的纵向电子自旋弛豫进行了实验研究。用具有不同NV-浓度的样品并在不同温度和磁场下进行测量。我们发现，弛豫速率T1-1增加时，在NV-中心的跃迁频率与不同的取向变得简并解释为交叉弛豫引起的偶极-偶极相互作用。
2015-05-09 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph
Nanoscale magnetometry through quantum control of nitrogen-vacancy centres in rotationally diffusing nanodiamonds
量子物理学和生物学的融合正在推动新一代基于量子的传感和成像技术，这些技术能够利用量子效应的力量，为理解生命的基本过程提供工具。这一领域最有前途的系统之一是金刚石中的氮空位中心-一种天然的自旋量子位，它具有在环境生物条件下进行纳米级传感的所有正确属性。通常，氮空位量子比特被固定在严格控制/隔离的实验条件下。本文研究了随机扩散金刚石薄膜中氮空位磁场的量子控制原理。我们发现，几何相位的积累，由于纳米金刚石的旋转起着至关重要的作用，在应用中的扩散纳米金刚石作为生物标记和磁力计。具体而言，我们表明，自由扩散的纳米金刚石可以提供实时信息的本地磁场和它自己的旋转行为，连续光学检测的磁共振监测之外，在并行操作作为荧光生物标志物。
2012-07-23 cond-mat.mes-hall physics.bio-ph physics.flu-dyn
Directional entanglement of spin-orbit locked nitrogen-vacancy centers by magnons
本文提出NV中心激发态杂散磁场的自旋-动量锁定可实现单向自旋转移，并通过手性虚磁振子交换在NV自旋量子比特间产生定向纠缠，为未来量子信息器件提供新思路。
2025-07-21 cond-mat.mes-hall
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
Double-quantum spin-relaxation limits to coherence of near-surface nitrogen-vacancy centers
我们探测了金刚石近表面氮空位（NV）中心的完整三能级自旋系统的弛豫动力学，以定义$T_{1}$弛豫时间，该弛豫时间有助于解决NV子集量子位叠加的$T_{2} \leq 2T_{1}$相干极限。我们发现，双量子自旋弛豫通过电场噪声占主导地位的$T_{1}$的近表面纳米粒子在低施加的磁场。此外，我们区分$1/f^α$光谱的电场和磁场噪声使用一种新的噪声光谱技术，在探测材料界面的表面诱导退相干具有广泛的应用。
2016-07-08 cond-mat.mes-hall
Phonon Cooling and Lasing with Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond
我们研究了氮空位杂质与金刚石纳米谐振器共振模式之间的应变诱导耦合。我们表明，在近共振激光激发下的杂质的电子态，这种耦合可以修改的状态的谐振腔和冷却的谐振腔接近的振动基态或驱动到一个大振幅相干态。我们推导出一个半经典模型来描述这两种效果，并评估在各种驱动条件下的谐振器模式的稳态。特别是，我们发现，通过利用近简并电子态之间的共振单声子和多声子跃迁，耦合到高频振动模式可以显着增强和主导的内在机械耗散。我们的研究结果表明，一个单一的氮空位杂质可以提供一个通用的工具来操纵和探测纳米金刚石结构中的单个声子模式。
2013-08-27 cond-mat.mes-hall
Magnetic field sensitivity and decoherence spectroscopy of an ensemble of narrow-linewidth nitrogen-vacancy centers close to a diamond surface
我们进行脉冲光学检测电子自旋共振测量的直流磁场灵敏度和电子自旋相干时间T_2的近表面，高密度氮空位（NV）中心设计有一个狭窄的磁共振线宽的合奏。将脉冲光谱与动态核极化相结合，获得了35 nT Hz^{-0.5}的光子散粒噪声限制的直流磁灵敏度。我们发现，T_2是由瞬时扩散控制，使退相干光谱的残留氮杂质自旋在金刚石晶格和定量测定其密度。所展示的高直流磁灵敏度和退相干光谱有望拓宽二维磁成像的应用范围。
2016-12-01 cond-mat.mes-hall
Scanning nitrogen-vacancy magnetometry down to 350mK
我们报告的实施扫描氮空位（NV）磁强计在干稀释冰箱。使用脉冲光检测磁共振结合有效的微波传输通过共面波导，我们达到了350 mK的基础温度，由实验热负荷和热化的探头的限制。我们展示了扫描NV磁力成像超导涡旋在一个50纳米薄的铝微结构。我们测量的灵敏度约为3 μT/平方根Hz。我们的工作证明了在亚开尔文温度下扫描NV中心进行非侵入性磁场成像的可行性。
2022-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
