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
Scanning X-ray Diffraction Microscopy for Diamond Quantum Sensing
理解CVD金刚石中纳米和微米尺度的晶体应变对于金刚石量子技术的进步至关重要。特别是，这种应变的存在及其表征对基于金刚石的量子传感和信息应用以及未来的暗物质探测器提出了挑战，其中入射粒子的方向信息被编码在晶体应变中。在这里，我们利用纳米聚焦扫描X射线衍射显微镜定量测量晶体变形的缺陷，在金刚石具有高的空间和应变分辨率。结合来自多个布拉格角的信息，允许立体三维建模的应变特征的几何形状;衍射结果通过比较验证的应变张量的光学测量的基础上自旋状态相关的光谱系综的氮空位（NV）中心的金刚石。我们的研究结果表明，应变和空间分辨率足以通过X射线测量晶体应变的暗物质的定向检测，并提供了一个有前途的工具，金刚石生长分析和改进的缺陷为基础的传感。
2022-10-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph quant-ph
Second-order Stark shifts exceeding 10$\,$GHz in electrically contacted SiV$^-$ centers in diamond
Walter Schottky Institute（瓦尔特·施科特基研究所）；School of Natural Sciences, Technical University of Munich（慕尼黑工业大学自然科学学院）；Munich Center for Quantum Science and Technology (MCQST)（慕尼黑量子科学与技术中心）；School of Computation, Information and Technology, Technical University of Munich（慕尼黑工业大学计算、信息与技术学院）
该研究通过面内电极施加电场实现金刚石中SiV⁻中心零声子线的电调谐，获得超10 GHz的二阶斯塔克位移，可克服其光学跃迁频率的非均匀分布，推动可扩展SiV⁻基量子技术发展。
2025-10-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Tensorial stress-plastic strain fields in $α$-$ω$ Zr mixture, transformation kinetics, and friction in diamond anvil cell
金刚石压砧中高压下的各种现象（相变、化学反应和摩擦）都受到应力和塑性应变张量各分量场的强烈影响。然而，它们无法衡量。即使测量的压力分布也包含显著的误差。在这里，我们建议耦合实验分析计算的方法，利用同步辐射X射线衍射，解决反问题，并找到所有这些领域和摩擦规则之前，期间和之后的$α$ - $ω$相变在强塑性预变形锆。由于先进的表征，应变诱导的$α$ - $ω$相变的最小压力从1.36 GPa变为2.7 GPa。理论预测的塑性应变控制动力学方程得到了验证和量化。所获得的结果为发展定量高压/应力科学，包括机械化学，材料合成和摩擦学提供了机会。
2022-12-26 cond-mat.mtrl-sci
Strain broadening of the 1042-nm zero-phonon line of the NV- center in diamond: a promising spectroscopic tool for defect tomography
金刚石中带负电荷的氮空位（NV-）中心在许多量子应用中是有希望的候选者。在这里，我们研究中心的红外（IR）零声子线（ZPL）的分裂和加宽。我们开发了一个模型，这些影响，占光依赖的微观缺陷分布引起的应变。我们应用这个模型来解释所观察到的变化的IR ZPL形状与温度和光激发条件。我们确定了一个异常的温度依赖性的增宽机制和缺陷以外的替代氮中心显着有助于应变增宽。前一个结论表明在中心的单重态能级存在强的Jahn-Teller效应，后者表明加宽的主要来源尚未确定。这些结论对于理解该中心和金刚石量子器件的工程设计具有重要意义。最后，我们建议，红外ZPL可用作探测微观应变场和进行缺陷层析成像的灵敏光谱工具。
2017-01-19 cond-mat.mtrl-sci
Magnetoacoustic Resonance to Probe Quadrupole-Strain Coupling in a Diamond Nitrogen-Vacancy Center as a Spin-Triplet System
考虑金刚石中氮空位（NV）中心的自旋-应变相互作用，提出了一种磁声共振理论来测量具有$C_{3v}$点群对称性的自旋-三重态中的四极-应变耦合.基于Floquet理论，我们演示了如何单和双声子跃迁几率依赖于纵向和横向四极耦合的变化，这可以通过旋转施加的磁场，围绕三重轴控制。所获得的四极动力学的结果是有用的实现机械或交流应变控制的NV自旋作为替代传统的磁控制的自旋共振。
2020-11-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Unlocking high hole mobility in diamond over a wide temperature range via efficient shear strain
本研究提出沿金刚石[100]方向施加2%压缩剪切应变，通过解除价带简并、抑制电子-声子散射，在800 K时将面内空穴迁移率提升约800%。
2024-10-25 cond-mat.mtrl-sci
Pressure, stress, and strain distribution in the double-stage diamond anvil cell
两种设计的双级金刚石压砧单元（DAC）已组装和测试。我们使用一个标准的对称DAC作为第一阶段和CVD微砧加工的聚焦离子束-作为第二。我们评估的压力，应力和应变分布在Au和Fe-Au样品，以及在二次砧使用同步辐射X射线衍射与微聚焦光束。最大压力为240 GPa，达到独立的第一阶段砧底尺寸。我们发现，由第二阶段砧产生的应力场是典型的传统DAC实验。达到的最大压力是有限的应变发展中的第二砧和杯状的第一阶段金刚石砧在所提出的实验设计。此外，我们的实验表明，在不牺牲第一阶段金刚石砧的情况下，可以达到几兆巴的压力。
2015-04-03 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other physics.geo-ph
Stroboscopic X-ray Diffraction Microscopy of Dynamic Strain in Diamond Thin-film Bulk Acoustic Resonators for Quantum Control of Nitrogen Vacancy Centers
针对吉赫兹动态应变缺乏工作态成像工具的问题，本研究用频闪扫描硬X射线衍射显微术成像金刚石薄膜体声波谐振器内的声应变，结合光学测量直接测得NV自旋-应力耦合参数，提供了交流晶格应变成像新方法与NV中心基本常数测量结果。
2023-12-11 cond-mat.mtrl-sci
Direct measurement and modelling of internal strains in ion-implanted diamond
本文提出了一个描述离子注入金刚石单晶后质量密度和应变随深度变化的唯象模型和有限元模拟。几个实验来验证的方法：首先，注入180 keV的B离子在相对较低的注量的样品，其特征在于使用高分辨率X射线衍射（HR-XRD）;其次，注入500 keV的He离子远高于其非晶化阈值的样品的质量密度的变化，其特征在于与电子能量损失谱（EELS）。在高损伤密度下，应变和密度的实验深度分布显示出饱和效应，随着损伤的增加，损伤密度峰值向更大的深度值偏移，相对于TRIM模拟预测的深度值，这在这里提出的模型中得到了很好的解释。然后，该模型进一步验证TEM测量和模拟的厚度值相比，在不同的深度通过注入500千电子伏的He离子通过可变厚度的掩模，以模拟在不同的能量的离子的同时注入形成的掩埋的无定形碳层。
2013-03-01 cond-mat.mtrl-sci
Theory of the ground state spin of the NV- center in diamond: I. Fine structure, hyperfine structure, and interactions with electric, magnetic and strain fields
金刚石中带负电荷的氮空位中心的基态自旋已经成为量子精密测量和固态量子信息处理中新前沿最近快速扩展的平台。在环境条件下，自旋已被证明是一种高精度的磁场和电场传感器以及能够与附近的核自旋和电子自旋耦合的固态量子比特。然而，尽管有许多杰出的证明，自旋的理论还没有完全发展，目前还没有彻底解释它的许多性质，如电子g因子的各向异性和斯塔克效应和应变分裂的存在。在这项工作中，基态自旋的理论是第一次充分发展的中心，以提供详细的解释自旋的精细和超精细结构及其与电场，磁场和应变场的相互作用的分子轨道理论。
2011-07-20 cond-mat.mtrl-sci
Interplay of Mechanochemistry and Material Processes in the Graphite to Diamond Phase Transformation
众所周知，共价体系中分子内应变的表现加速了化学反应并打开了替代反应途径。对于分离分子和单分子过程，该过程被适度理解。然而，在凝聚态过程中，如相变，材料的性质和结构可能会影响典型的机械化学效应。因此，我们利用导向分子动力学在石墨中诱导出平面应变，并在恒定应变率下压缩系统以诱导相变。我们表明，平面外的应变允许相变开始在较低的压缩应变量。然而，与典型的机械化学结果相反，形成金刚石所需的压缩功和面外功的总和由于相变期间改变的缺陷形成过程而具有局部最小值。此外，这些改变的过程减慢了相变的动力学，从起始到总材料转变花费更长的时间。
2023-02-09 cond-mat.mtrl-sci physics.chem-ph
Biaxial strain effects in 2D diamond formation from graphene stacks
本研究结合高压光谱实验与从头算分子动力学模拟，揭示水和衬底压缩诱导的双轴应变可使少层石墨烯在约7.0 GPa下形成sp3二维金刚石结构。
2024-05-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Impact of strain and dark states on spectroscopic measurements of silicon-vacancy centers in diamond
San José State University（圣何塞州立大学）；The Pennsylvania State University（宾夕法尼亚州立大学）；University of Michigan（密歇根大学）
本文针对金刚石中SiV⁻中心的光谱测量问题，开发计算模型模拟MDCS实验，揭示应变随机分布及高应变中心与光发射解耦的特性，为其量子传感器应用提供依据。
2026-08-12 cond-mat.mtrl-sci physics.optics quant-ph
Strain Effects in a Directly Bonded Diamond-on-Insulator Substrate
针对直接键合DOI衬底的界面应变问题，本文利用NV中心的ODMR与PL映射表征应变分布和键合缺陷，发现应变分量升高但发射体光学性能未明显劣化。
2025-07-28 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph quant-ph
Selection of strain and fitting schemes for calculating higher-order elastic constants
为了更高效、稳健和精确地计算高阶弹性常数，提出了应变和拟合格式的选择准则。金刚石的三阶弹性常数（TOECs）表明，该方法比现有方法快3-5倍，并扩大了获得正确TOECs的应变范围。此外，我们的结果为以往实验中高阶效应引起的误差提供了证据，并解决了实验和几种不同理论方法之间的差异。最后给出了金刚石的TOECs推荐值。
2020-09-21 cond-mat.mtrl-sci
Coupled plastic strain- and stress-induced phase transformations and microstructure evolution in Fe-7%Mn alloy in a dynamic rotational diamond anvil cell
Iowa State University（爱荷华州立大学）；Argonne National Laboratory（阿贡国家实验室）；DAC Tools, LLC（DAC工具有限责任公司）；DEVCOM Army Research Laboratory（DEVCOM陆军研究实验室）
该研究在动态旋转金刚石压机中首次探讨Fe-7%Mn合金在高压下的耦合应变和应力诱导相变及微观结构演化，揭示了相变动力学与时间尺度的关系。
2026-09-11 cond-mat.mtrl-sci
Magneto-optical properties of the neutral silicon-vacancy center in diamond under extreme isotropic strain fields
Wigner Research Centre for Physics（维格纳物理研究中心）；Eötvös Loránd University（罗兰大学）；Budapest University of Technology and Economics, Institute of Physics, Department of Atomics Physics（布达佩斯技术与经济大学物理学院原子物理系）
研究了金刚石中性硅空位中心在极端各向同性应变下的磁光性质，发现其自旋轨道分裂和振动能隙变化，表明其作为对称性保护的应变可调量子发射体的潜力。
2026-02-11 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Substitutional nickel impurities in diamond: decoherence-free subspaces for quantum information processing
采用广义梯度近似下的密度泛函理论研究了金刚石中中性替位式镍（Ni $_s^0$）杂质的电子和磁性.自旋为1的基态由两个具有平行自旋的电子组成，一个位于$3d^9$构型的镍离子上，另一个分布在最近邻的碳中。这些自旋之间的交换相互作用是由于$p-d$杂化，并且可以用压缩流体静力学或单轴应变控制，并且对于足够的应变，反平行自旋配置变为基态。因此，Ni杂质形成可控的双电子交换耦合系统，其应该是用于固态量子信息处理的鲁棒量子比特。
2011-12-19 cond-mat.mtrl-sci
Reducing dislocation defect levels via sub-melt nanosecond pulsed-laser induced densification of diamond
Diamond Quanta；Lawrence Livermore National Laboratory（劳伦斯利弗莫尔国家实验室）
研究通过纳秒脉冲激光退火技术改善合成金刚石表面缺陷，减少位错相关应变，提升材料性能。
2025-12-09 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Microwave-based quantum control and coherence protection of tin-vacancy spin qubits in a strain-tuned diamond membrane heterostructure
针对金刚石锡空位中心（SnV）自旋缺乏高效微波控制、高温下相干性退化的问题，研究人员利用均匀应变金刚石膜的轨道混合效应，实现了高保真微波自旋控制与毫秒级相干保护，4K下相干时间显著提升且光学相干性不受温度影响，为量子技术提供了理想自旋-光子界面平台。
2023-10-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Equation of State, Stability, Anisotropy and Nonlinear Elasticity of Diamond-Cubic (ZB) Silicon by Phonon Imaging at High Pressure
金刚石砧盒中的实验声子成像被证明是一个足够的工具，以提取完整的一套弹性常数的单晶硅的ZB $\rightarrow β-$ Sn转变（10 GPa）。与通常所承认的相反，我们证明了应变能量密度的发展不能停止，对于硅，在包含三阶弹性常数的条款。非线性弹性，各向异性和压力引起的力学稳定性的立方硅结构的程度，从而重新审视和研究更详细。
2010-07-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Modeling the Zero-Phonon Line of Strained SnV Centers in Diamond; Including Reflections on Computational Cost and Accuracy
UHasselt（哈瑟尔特大学）；imec（微电子研究中心）
本文通过第一性原理方法研究SnV零声子线及其压力系数，发现其绝对位置受方法和超胞大小影响显著，通过稀释极限外推以与实验比较，同时强调Kohn-Sham态的重要性及电子激发等因素对位移的影响，最终指出压力系数在不同方法下均稳定为约1.4nm/GPa。
2026-04-26 cond-mat.mtrl-sci
Microscopic imaging of elastic deformation in diamond via in-situ stress tensor sensors
在纳米尺度上精确测量机械应力具有重要的基础和技术意义。原则上，应力张量的所有六个独立变量，描述了固体中压缩/拉伸和剪切应力的方向和大小，可以用来调整或增强材料和设备的性能。然而，现有的技术来探测局部应力通常不能测量整个应力张量。在这里，我们利用金刚石（氮空位缺陷）中原子大小的原位应变传感器的集合来实现全应力张量的空间映射，具有亚微米的空间分辨率和1 MPa的量级的灵敏度（对应于小于$10^{-6}$的应变）。为了说明该技术的有效性和多功能性，我们将其应用到广泛的实验情况，包括映射由局部植入损伤，纳米压痕和划痕引起的弹性应力。此外，我们观察到令人惊讶的大应力贡献的功能电子器件上制造的金刚石，也表明与金刚石接触的材料的变形的敏感性。我们的技术可以使在各种刺激下的金刚石纳米结构的机械响应的原位测量，与基于金刚石的量子技术的应变工程和在芯片上的质谱纳米机械传感的潜在应用。
2018-12-04 cond-mat.mtrl-sci
The morphology and temperature dependent tensile properties of diamond nanothreads
最近成功合成的一维sp3金刚石纳米线（NTH）极大地增加了碳社区的兴趣。原则上，可以存在不同的稳定NTH结构。本文采用分子动力学模拟研究了三种典型NTH的力学行为。据发现，NTH的机械性能可以显着变化，由于形态的差异，这被认为是源于由其结构所确定的不同的应力分布。进一步的研究表明，温度对NTH的力学性能有显著的影响。具体而言，失效强度/应变随温度升高而降低，并且有效杨氏模量似乎与温度无关。断裂强度/应变的显著降低被认为是由于增加的键重排过程和高温下的自由横向振动。另外，NTH被发现具有相对高的弯曲刚度，并且表现得更像柔性弹性杆。这项研究突出了结构-性能关系的重要性，并提供了不同NTH的拉伸行为的基本理解，这应该阐明基于NTH的纳米结构作为应变传感器和机械连接器的设计和应用。
2018-03-17 cond-mat.mtrl-sci
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
Rules of plastic strain-induced phase transformations and nanostructure evolution under high-pressure and severe plastic flow
该研究利用粗糙金刚石压砧强化高压塑性流动，发现Zr在α-ω相变中晶粒尺寸和位错密度仅由ω-Zr体积分数决定，并将相变最低压力降至创纪录的0.67 GPa，同时揭示其动力学具有时间依赖性。
2023-05-25 cond-mat.mtrl-sci
Photoluminescence excitation and spectral hole burning spectroscopy of silicon vacancy centers in diamond
金刚石中的硅空位（SiV）中心由于其明亮的单光子发射和光学可及的自旋态而在量子信息应用中具有广阔的应用前景。此外，低应变金刚石中的SiV中心对介电环境的扰动不敏感，即它们显示出非常弱的光谱扩散。这种特性使得SiV中心的集合对于传感应用是有趣的。我们在这里报告的光致发光激发（PLE）光谱上的SiV合奏在低应变，CVD生长的高品质金刚石层，在那里我们测量的精细结构与高分辨率，并获得线宽和分裂的SiV中心。我们研究了精细结构峰的宽度和位置的温度依赖性。我们的测量揭示了约10 GHz的线宽相比，寿命有限的宽度为0.1 GHz的顺序。这种差异是由残余应变引起的跃迁的不均匀加宽引起的。为了克服不均匀加宽，我们使用光谱烧孔光谱，使我们能够测量一个几乎寿命有限的均匀线宽为279 MHz。此外，我们证明了在系统中的相干相互作用的证据，通过驱动一个$Λ$ -计划。对离子注入产生的单发射体的额外测量证实了光谱烧孔实验中看到的均匀线宽，并将基态分裂与退相干速率联系起来。
2016-03-14 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Stark Tuning of Donor Electron Spins in Silicon
本文报道了用脉冲电子自旋共振法测量硅中121Sb施主电子自旋的斯塔克位移。在Sb注入的28 Si外延层的顶部上的叉指金属栅极用于施加电场。解决了两个斯塔克效应：电子和核自旋之间的超精细耦合的施主和电子塞曼g因子的减少。超精细项在0.35 T的X波段磁场下占主导地位，而g因子项预计在更高的磁场下占主导地位。一个显着的线性斯塔克效应也解决了可能产生的应变。
2006-03-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
Full stress tensor measurement using colour centres in diamond
应力和应变是决定材料的机械、电子和光学性质的重要因素，它们通过材料的弹性或刚度相互关联。两者都由二阶场张量表示，一般来说，有六个独立的分量。这些量的测量通常通过测量取决于晶格的平移对称性和周期性的性质来实现，例如使用拉曼光谱的光学声子能量，使用阴极发光的电子带隙，通过光学双折射的光弹性，或电子背散射衍射（EBSD）。因此，在测量的最大灵敏度和空间分辨率之间存在倒数关系。此外，在这些技术中，只有EBSD和离轴拉曼光谱允许测量应力张量的所有六个分量，但都不能提供完整的3D图。在这里，我们展示了一种方法，用于测量金刚石中的全应力张量，使用光谱和光学偏振特性的光致发光从个别氮空位（NV）色心。我们证明了10 MPa量级的灵敏度，受样品中局部应力波动的限制，对应的应变约为10^-5，与其他技术提供的最佳灵敏度相当。通过使用色心作为内置的局部传感器，该技术克服了空间分辨率和灵敏度之间的相互关系，并提供了在10 nm量级的空间分辨率下测量小至10^-9的应变的可能性。此外，它提供了一个简单的路线体积应力映射。除了在理解金刚石中的应变分布方面的价值外，这种新的应力和应变测量方法还可以适用于微米或纳米级传感器。
2011-10-17 cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Structural, Raman and photoluminescence studies on nanocrystalline diamond films: Effects of ammonia in feedstock
在此，我们报告的结构质量的改善和增强的光致发光（PL）发射的最佳N掺杂的纳米金刚石（NCD）薄膜。采用热丝化学气相沉积法，以NH_3：CH_4：H_2为原料，在不同的N/C比（即0，0.13，0.35，0.50和0.75）下，在Si衬底上制备了纯金刚石薄膜和N掺杂金刚石薄膜。X射线衍射分析表明，随着原料中N/C比的增加，微晶尺寸先增大后减小。此外，金刚石拉曼谱线的线宽和峰位的单调增加表明金刚石晶格中的压缩应变作为N/C比的函数增加到0.50。然而，在0.75的较高N/C比下，压缩应变稍微松弛并产生较低的应变。此外，观察到1195 cm-1处的独特拉曼模式，对应于C=N-H振动，表明NCD薄膜中存在显着的N浓度。此外，可见光和紫外光致发光的研究表明，存在几个N相关的颜色中心与多个发射线在380至700 nm的范围内。在原料中N/C比为0.35时生长的最佳N掺杂金刚石膜显示出在约505和700 nm处的室温PL发射的显著增强。在355和532 nm激光激发下，这种PL增强归因于H3和其他与N相关的缺陷中心的聚集体。
2020-06-04 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Absence of correlation between built-in electric dipole moment and quantum Stark effect in InAs/GaAs self-assembled quantum dots
我们报告显着偏离通常的二次依赖的基态带间跃迁能量上施加的电场在InAs/GaAs自组装量子点。特别是，我们表明，传统的二阶微扰理论不能正确地描述电场低于$F = 10$ kV/cm的高点的斯塔克位移。八带${\bf k}\cdot{\bf p}$计算表明，这种效果主要是由于三维应变场分布的各种点的形状和化学计量组成的急剧影响的孔基态。我们的结论得到了两个独立实验的支持。
2002-04-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Theory of the ground state spin of the NV- center in diamond: II. Spin solutions, time-evolution, relaxation and inhomogeneous dephasing
金刚石中带负电荷的氮空位中心的基态自旋在量子精密测量和固态量子信息处理中有许多令人兴奋的应用，包括磁力测量、电学测量、量子存储和量子光网络。这些应用中的每一个都涉及自旋与电场、磁场和应变场的相互作用，然而，迄今为止，还没有自旋与这些场相互作用的详细模型，也没有理解这些场如何影响自旋的时间演化及其弛豫和非均匀退相。本文首次给出了任意给定电磁应变场组态下自旋的一般解，并考察了场对自旋演化的影响。因此，这项工作提供了必要的理论工具，精确控制和建模这种显着的自旋在其当前和未来的应用。
2011-11-25 cond-mat.mtrl-sci
Theory of Field-Angle-Resolved Magnetoacoustic Resonance in Spin-Triplet Systems for Application to Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond
本文基于 Floquet 理论研究 NV 中心自旋三重态与振荡应变场的磁声共振，揭示磁场角度调控的双声子跃迁及自旋—应变耦合探测方法。
2024-09-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Revisiting the third-order elastic constants of diamond: the higher-order effect
本文采用基于密度泛函理论的纵向应力-单轴应变（LSUS）方法研究了金刚石三阶弹性常数的高阶效应。结果表明，在激波实验和类似计算中，高阶效应对TOEC的影响是不可忽略的。通过考虑高阶弹性响应（最高可达五阶），TOEC对最大应变的收敛性得到了显著改善，解决了几种不同理论方法和实验结果的不一致性。
2021-04-07 cond-mat.mtrl-sci
The excited state structure of the nitrogen-vacancy center in diamond
利用光学和微波双共振技术获得了金刚石中单氮空位中心的激发态结构。的激发态是一个轨道的双重态，它表明，它可以分裂和相关的过渡强度变化的外部电场和应变。提出了一个群理论模型。它给出了一个很好的帐户的意见，并有助于提高理解的电子结构的中心。这一发现对该中心的量子信息处理和其他应用具有重要意义。
2006-10-13 cond-mat.mtrl-sci
Room-temperature photo-chromism of silicon vacancy centers in CVD diamond
金刚石中的硅空位（SiV）中心通常存在于三种稳定的电荷状态中，SiV 0，SiV-和SiV 2-，但研究导致它们形成的过程是具有挑战性的，特别是在室温下，由于它们的光致发光速率完全不同。在这里，我们使用共聚焦荧光显微镜激活和探测在环境条件下所有三个电荷状态之间的电荷相互转换。特别是，我们见证了SiV 0的形成通过两步捕获扩散，光生空穴，一个过程中，我们暴露通过直接SiV 0荧光测量在低温和共聚焦显微镜观察在外部施加的电场的存在下。此外，我们表明，连续红色照明诱导的逆过程，首先转化SiV 0到SiV-，然后到SiV 2-。我们的研究结果揭示了SiV的电荷动力学，并为纳米传感和量子信息处理提供了机会。
2022-11-23 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Density-functional theory study of the interaction between NV$^{-}$ centers and native defects in diamond
本研究结合量子嵌入结果与密度泛函理论计算，量化了金刚石本征缺陷对NV$^{-}$色心的应变及电场影响范围，并提出通过测量多个邻近NV$^{-}$色心判定缺陷类型与电荷态的方法。
2025-07-30 cond-mat.mtrl-sci
Methods for color center preserving hydrogen-termination of diamond
本文研究在氢终止金刚石时保护近表面NV色心的方法，提出氮氢混合气体退火与无主动加热微波氢等离子体两种低损伤方案，并结合XPS、DFT和光致发光验证其效果。
2024-06-18 cond-mat.mtrl-sci
Splitting of photo-luminescent emission from nitrogen-vacancy centers in diamond induced by ion-damage-induced stress
本文系统地研究了应变工程诱导的单晶金刚石中负电荷氮空位（NV-）光致发光光谱分裂。应力场产生于MeV离子诱导的金刚石向感兴趣的中心附近的区域中的非晶和石墨材料的转换。在HPHT金刚石的低氮扇区中，NV-发射中的清楚可区分的光谱分量在4.8 THz的范围内发展，对应于以微米空间分辨率映射的子集合的不同对准。该方法为系综量子信息协议提供了创建和选择对齐NV中心的机会。
2013-02-11 cond-mat.mtrl-sci
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
Single SiV$^-$ centers in low-strain nanodiamonds with bulk-like spectral properties and nano-manipulation capabilities
我们报告在纳米金刚石中的单个SiV $^-$中心的分离。我们观察到单个SiV $^-$中心的精细结构，在共振激发下具有改善的激发态分裂下的非均匀系综线宽、稳定的光学跃迁、良好的偏振对比度和优异的光谱稳定性。基于我们的实验结果，我们阐述了一个解析应变模型，我们提取的激发态和基态的应变系数之间的比率，以及内在的零应变自旋轨道分裂。所观察到的应变值低至低应变块状金刚石中的最佳值。我们实现了我们的结果，通过H-等离子体处理的金刚石表面，并结合共振和非共振激发。我们的工作为无差别的单光子发射铺平了道路。此外，我们展示了通过原子力显微镜悬臂的1D和2D对齐的控制纳米操作，迄今为止未达到的精度约为10 nm，以及新的工具，包括偶极旋转和簇分解。结合，我们的研究结果表明，利用SiV $^-$中心的纳米金刚石的控制接口通过光学耦合的个别隔离良好的原子自下而上组装的复杂的量子系统的潜力。
2018-11-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.optics
Biaxial strain effect of spin dependent tunneling in MgO magnetic tunnel junctions
研究了应变对类金刚石薄膜诱导的磁性隧道结的影响。结电阻和隧道磁电阻（TMR）随着DLC膜的减小而减小。非平衡格林函数量子输运计算表明，双轴应变的应用增加了电导的平行和反平行配置。然而，少数沟道和反平行结构的电导对应变明显更敏感，这大大增加了通过MgO隧道势垒的透射率，因此，TMR比随着双轴应变而降低。
2012-08-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
The Group-IV-Vacancy Color Center in Diamond
该研究回顾并完善了金刚石中第IV族空位（XV）色心的理论模型，涵盖内禀与外场多类相互作用，基于模型预测性质、解释实验并提出后续方向，为XV体系调控及量子信息处理应用奠基。
2025-10-06 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Proximity-induced flat bands and topological properties in a decorated diamond chain
Nagaland University（纳加兰大学）；Tata Institute of Fundamental Research（塔塔基础研究所）
本文通过应变诱导的近程效应，在修饰的钻石链中生成和控制多个平面波，并研究其拓扑性质。
2025-11-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.other
AC sensing using nitrogen vacancy centers in a diamond anvil cell up to 6 GPa
金刚石中的氮空位色心作为静态和动态磁场、电场、应变和热场的量子传感器引起了广泛的关注，特别是在金刚石压砧单元中的压力下的量子传感方面具有吸引力。基于光学的核磁共振在大于几个GPa的压力下是可能的，并且提供了对传统的基于法拉第感应的检测的有吸引力的替代方案。在这里，我们提出了交流传感的结果，并证明同步读出高达6 GPa，但发现，由于样品空间内的微波场和压力的不均匀性的灵敏度降低。这些实验使在高压下的纳升样品体积的全光学高分辨率磁共振的可能性。
2021-10-12 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
\emph{Ab initio} spin-strain coupling parameters of divacancy qubits in silicon carbide
立方碳化硅是将缺陷量子比特集成到用于量子信息和传感应用的已建立的晶片级器件架构中的极好平台，其中双空位量子比特（类似于金刚石中的带负电荷的氮空位（NV）中心）具有有利的相干性质。通过密度泛函理论计算，我们证明了3C SiC中的双空位具有优良的自旋-应力耦合参数和应力敏感性，适用于纳米级、量子增强的光子、光电子和光机械器件。
2018-05-12 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
The electronic structure of the silicon vacancy color center in diamond
金刚石中带负电荷的硅空位（SiV）色心最近被证明适合于明亮和稳定的单光子发射。然而，到目前为止，它的电子结构仍然难以捉摸。在这里，我们探索的电子结构，通过暴露单个SiV缺陷的磁场塞曼效应升降机的磁子能级的简并。在低应变参考样品中的单中心和SiV系综的类似响应证明了我们制造几乎完美的单SiV的能力，揭示了缺陷的电子性质的真实性质。我们使用群论方法模拟的电子态产生了很好的协议与实验观察。此外，该模型正确地预测了单SiV中心的极化测量，并解释了最近发现的SiV缺陷的自旋选择性激发。
2013-10-11 cond-mat.mtrl-sci
Photo-physical properties of He-related color centers in diamond
金刚石是量子光学和光子学技术应用发展的一个有前途的平台。近年来，对具有最佳光物理性能的色心的追求导致了对这种材料中与杂质相关的新缺陷的研究。在这里，我们报告的光物理性质的两个He相关的（HR）发射线在535 nm和560 nm创建在三个不同的金刚石衬底注入1.3 MeV的He+离子和随后的退火后的系统调查。研究了“光学级”金刚石衬底中HR心的光谱特征随测量温度、激发波长和外加电场强度的变化。535 nm和560 nm谱线的发射寿命也通过时间选通光致发光测量进行了测量，分别产生（29 ± 5）ns和（106 ± 10）ns的特征衰减时间。在外电场作用下，在埋有石墨电极的CVD金刚石膜中观察到HR中心的Stark位移，表明缺陷结构中缺乏反转对称性。此外，在405 nm激发下的“检测器级”金刚石样品注入在1 × 1010 cm-2 He+离子注量的光致发光映射能够识别两个HR发射线从相同的本地化光点的光谱特征。报道的结果提供了第一个洞察到的理解，在金刚石中的氦相关缺陷的结构和它们在实际应用中的可能利用
2017-08-29 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Identifying high performance spectrally-stable quantum defects in diamond
针对金刚石中NV中心光谱扩散及IV族空位复合物工作温度低等问题，本文通过高通量第一性原理筛选，识别出兼具中心对称性、可见光发射等特性的Zn$V^{-2}$等替代量子缺陷。
2025-04-15 cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Diamond Micro-Chip for Quantum Microscopy
本文表征了一种含（111）取向NV集合的金刚石微芯片，展示了其在高分辨率量子显微镜中的应用，包括电流宽场成像和确定性转移，为可扩展量子显微镜提供了新途径。
2024-03-15 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph quant-ph
Assignment of the NV0 575 nm zero-phonon line in diamond to a 2E-2A2 transition
金刚石中单个氮空位缺陷的时间平均发射光谱给出了在637 nm（1.945 eV）处的负电荷态和在575 nm（2.156 eV）处的中性电荷态的零声子线。这通过两种电荷状态之间的光转换发生。由于金刚石中的应变，零声子线被分裂，并且发现两个零声子线的分裂和偏振是相同的。通过对氮空位中心电子结构的观察和考虑，得出中性中心的激发态具有A2轨道对称性的结论。575 nm跃迁到2 E-2A 2跃迁的归属以前尚未确定。
2013-01-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Stark Tuning and Electrical Charge State Control of Single Divacancies in Silicon Carbide
碳化硅（SiC）中的中性电荷双空位是顺磁性色心，其长相干时间和近电信工作波长使其有望用于与现有光纤网络兼容的可扩展量子通信技术。然而，局部应变的不均匀性会随机地扰动它们的光学跃迁频率，这会降低从单独缺陷发射的光子的不可分辨性，并阻碍它们与光学腔的耦合。在这里，我们表明，电场可以用来调谐的光学跃迁频率的单个中性双空位在4 H-SiC在几个GHz的范围内通过直流斯塔克效应。同样的技术也可以在微秒的时间尺度上控制缺陷的电荷状态，我们使用它来稳定不稳定或非中性的双空位进入它们的中性电荷状态。使用基于荧光的电荷态检测，我们表明975 nm和1130 nm激发都可以制备其中性电荷态，效率接近1。
2017-10-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Pressure induced 3D strain in 2D Graphene
二维（2D）材料如石墨烯为广泛的应用提供了各种优异的性能。它们的输运性质特别是提出了丰富的研究领域。然而，石墨烯在压力下的输运性质的研究大多限于$\sim$ 1 GPa，这主要是由于将石墨烯放置在金刚石砧座单元（DAC）内并在压力下保持良好的电接触的技术挑战和困难。我们开发了一种新的技术，可以直接测量高品质的化学气相沉积（CVD）单层石墨烯的压力下的输运特性。对高达40 GPa的纯单层石墨烯的组合拉曼光谱和直接电阻率测量显示出$c_{33}$ =0.26 $\pm_{.09}^{.11}$ GPa的有效面外刚度，并且观察到相对恒定的电阻与压力，表明高压作为用于在石墨烯内产生大的双轴应变的有用技术。
2022-07-28 cond-mat.mtrl-sci
