Rotating frame spin dynamics of a Nitrogen-Vacancy center in a diamond nanocrystal
研究了在连续微波激发下，单个金刚石单晶中氮空位（NV）中心的自旋动力学。在微波相位的周期性反转时，我们观察到“所罗门回波”的训练，其有效地将系统相干寿命延长到几十微秒，这取决于微波功率和相位反转率。从一个模型开始，其中NV中心与磁表面上的顺磁缺陷浴相互作用，我们使用平均哈密顿理论来计算其在回波最大值处的振幅的信号包络。有效的拉比和所罗门传播子之间的比较表明，所观察到的响应可以被理解为一种形式的高阶解耦的自旋浴。
2011-10-11 cond-mat.mes-hall
Little bits of diamond: Optically detected magnetic resonance of nitrogen-vacancy centers
我们给出了一个简单的装置进行光学检测的磁共振测量金刚石样品含有高浓度的氮空位（NV）中心的建设和操作的指示。每个NV中心都有一个自旋自由度，可以通过可见光和微波辐射的组合来操纵和监测。我们观察塞曼位移存在的小外部磁场，并描述了一个简单的方法来光学测量磁场强度的空间分辨率为几微米。所描述的活动适用于高级本科实验室课程，将核心量子概念与前沿应用有力地联系起来。一个更简单的设置，适合在更多的介绍性设置中使用，也提出了。
2018-01-22 cond-mat.mes-hall
Broadband, large-area microwave antenna for optically-detected magnetic resonance of nitrogen-vacancy centers in diamond
本文报道了一种用于金刚石中氮空位中心磁共振光探测的微波平面环形天线。它的谐振频率约为2.87 GHz，带宽为400 MHz，确保在高达100 G的外部磁场下可以观察到ODMR，而无需调整谐振频率。它在1 mm直径的中心孔内也是空间均匀的，从而能够在宽空间范围内进行磁场成像。这些特性为在室温下利用NV心进行量子传感和成像实验提供了便利。
2016-05-16 cond-mat.mes-hall
Spin Properties of Very Shallow Nitrogen Vacancy Defects in Diamond
我们研究了位于金刚石表面1-10 nm范围内的单个氮空位中心的自旋和光学性质。我们观察到稳定的缺陷与特征的光学检测磁共振光谱下降到最低的深度。我们还发现了一个小的，但系统的光谱展宽的缺陷浅于约2纳米。这种加宽与表面顺磁性杂质层的存在一致[Tisler等人，ACS Nano 3，1959（2009）]在很大程度上通过运动平均解耦。非常接近表面的稳定和良好的行为缺陷的观察是至关重要的单自旋传感器和设备需要纳米接近目标。
2012-08-09 cond-mat.mes-hall
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
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
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
Vector magnetic field microscopy using nitrogen vacancy centers in diamond
金刚石中氮空位（NV）中心的定域自旋三重态基态可用于原子尺度的局域磁场探测。在这里，我们提出了一种技术，使用这些缺陷的钻石图像磁场周围的磁性结构。我们提取的本地磁场矢量探测共振跃迁的四个固定的四面体NV方向。结合共聚焦显微镜技术，我们构建了一个局部磁场矢量的二维图像。测量是在小于50 G的外场和环境条件下进行的。
2009-12-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
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
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
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
Level-crossing spectroscopy of nitrogen-vacancy centers in diamond: sensitive detection of paramagnetic defect centers
我们报告了含有NV $^-$中心的金刚石单晶的荧光对磁场的依赖性。在这样的光谱中，发现了许多尖锐的线，其对应于包含NV $^-$中心的耦合自旋系统中的能级反交叉（LACs）。这种“LAC-光谱”的理论建模使得能够表征顺磁缺陷中心和确定它们的磁共振参数，例如零场分裂和超精细耦合常数。因此，概述的方法能够灵敏地检测金刚石晶体中的顺磁性杂质。
2016-09-26 cond-mat.mes-hall physics.chem-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
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
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
Spectroscopic Signatures of Electron-Phonon Coupling in Silicon-Vacancy Centers in Diamond
金刚石中的空位中心已被证明是量子相干光电子应用的可行的固态平台。在众多的空位中心中，硅空位（SiV）中心作为一种不太受电子-声子相互作用影响的反转对称系统最近引起了人们的广泛关注。尽管如此，声子介导的过程仍然降低了SiV中心的相干特性，然而，由于其微弱的光谱特征，表征它们的电子-声子耦合是极具挑战性的，并且仍然是一个开放的实验问题。在本文中，我们从理论上研究了电子-声子耦合的签名在模拟的线性和非线性光谱的SiV中心。我们演示了如何即使是非常弱的电子-声子相互作用，如在SiV中心，可以完全通过非线性光谱技术的特点，甚至解决不同的精细结构之间的过渡。
2020-03-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Circularly polarized microwaves for magnetic resonance study in the GHz range: application to nitrogen-vacancy in diamonds
对于许多磁共振实验来说，产生受控极化的时间依赖性磁场的能力是必不可少的。我们描述了一个微带电路，使我们能够产生强磁场在微波频率与任意调整的极化。通过将其应用于金刚石中氮空位色心的光检测磁共振和拉比章动实验，证明了该电路的性能。由于所提出的微带电路的高效率和85%的圆偏振度，可以使用低功率微波发生器来处理金刚石样品的特定自旋状态。
2015-05-27 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph
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
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
Tin-Vacancy Quantum Emitters in Diamond
通过离子注入和随后在7.7GPa下高达2100 °C的高温退火在金刚石中产生锡空位（SnV）色心。第一性原理计算表明，大的锡原子可以被纳入到金刚石晶格的分裂空位配置，其中锡原子坐在一个间隙位置与两个相邻的空缺。室温下SnV心在619 nm处有一条尖锐的零声子线。该谱线在低温下分裂为四个峰，其基态分裂比基于其他IV族元素的色心、硅空位（SiV）心和锗空位（GeV）心的大，约为850 GHz。通过Hanbury Brown-Twiss干涉测量法对单个SnV量子发射器进行测量，估计激发态寿命为~5 ns。实验测得的光学跃迁能与SiV和GeV心的跃迁能的量级与理论计算符合得很好。
2017-08-11 cond-mat.mes-hall quant-ph
The $(e_g \otimes e_u) \otimes E_g$ product Jahn-Teller effect in the neutral group-IV--vacancy quantum bits in diamond
在固体中，当单电子占据双简并轨道时，这种耦合的电子-声子系统可能发生积扬-泰勒（pJT）效应。本文提出金刚石中中性$X$ V分裂空位复合物的激发态是一个具有$e_g$和$e_u$双简并轨道和$E_g$准定域声子的体系。我们发展和应用\emph{ab initio}理论来量化中性$X$ V复合物在金刚石中的电子-声子耦合强度，并发现这些中心的相应的光学性质的显着影响。我们的结果表明，与最近的实验数据的预期SiV（$0$）量子比特，并揭示了中性$X$ V色心在金刚石中的激发态的复杂性。
2019-01-26 cond-mat.mes-hall quant-ph
Spin polarized diamond neutral vacancy
在密度泛函理论框架下，采用电子-离子相互作用的原子轨道基和原子赝势，计算了具有中性空位的C_（70）H_（84）自旋极化金刚石团簇。已发现的带隙为1.70 eV。所选择的团簇包括取决于其自旋类型的电子性质。它可以用作数据传输器。计算的带隙，态密度和自旋性质说明了它在自旋电子器件中的好处。
2012-02-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Influence of nanostructuring on silicon vacancy center spins in diamond pillars
金刚石微米和纳米结构中的色心正在研究中，用于大量的应用。然而，在小结构中获得高质量的色心是具有挑战性的，并且很少有人知道在从块体到微米和纳米结构的过渡期间诸如自旋布居寿命之类的性质如何变化。在这篇手稿中，我们研究了各种方法来制备含有硅空位中心的金刚石样品，并测量了当我们将它们的尺寸从大约1 $μ$ m改变到120 nm时，柱中轨道态的布居寿命如何变化。研究了金刚石衬底的性质、注入方式和退火方式对硅空位非均匀线宽和轨道寿命的影响。我们的测量结果表明，名义上相同的金刚石样品可以显示显着不同的不均匀加宽。我们观察到微弱的迹象表明，在小结构的限制振动模式可能会延长人口寿命。然而，晶格中的缺陷或由蚀刻引起的表面损伤降低了粒子群寿命，特别是在最小的结构中。
2019-08-05 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
Oxygenated (113) diamond surface for nitrogen-vacancy quantum sensors with preferential alignment and long coherence time from first principles
金刚石中的浅氮空位（NV）中心在量子传感中具有广阔的应用前景，但其灵敏度受到表面终止子和缺陷的限制。有一个直接寻求找到合适的金刚石表面的NV传感器。本工作利用第一性原理计算研究了（113）金刚石的表面终止子对浅NV心的作用。结果表明，（113）金刚石的完全氧终止产生正的电子亲和势，在表面上没有应变，也没有间隙能级。这是一个非常令人惊讶的结果，因为通常使用的氧化（001）金刚石表面通常是有缺陷的，这是由于在表面处的醚基团的应变所产生的无序，其严重破坏了浅NV中心的相干性质。与（001）和（111）金刚石表面相比，（113）金刚石表面特殊的原子构型有利于氧的成键。这些模拟表明，氧化金刚石（113）表面可以通过常规的金刚石化学气相沉积生长。结合（113）取向金刚石中生长态NV中心的~73%优先排列，氧化（113）金刚石目前被认为是NV量子传感器最有前景的主体。
2019-01-31 cond-mat.mes-hall quant-ph
Polarization-assisted Vector Magnetometry in Zero Bias Field with an Ensemble of Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond
我们展示了矢量磁强计与氮空位（NV）中心在金刚石的合奏，而不需要一个外部偏置场。NV中心的电偶极矩的各向异性降低了偏振可见光激发时光学检测到的磁共振的模糊性。通过适当的线性极化微波场的应用，这使得能够抑制一定的晶体学NV取向的自旋状态转变，实现了剩余的模糊性的进一步提升。这允许小（小于0.1 mT）磁场的全矢量重构，而没有必须干扰磁结构的外部偏置场。
2017-01-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.other
Perfect alignment and preferential orientation of nitrogen-vacancy centers during CVD growth of diamond on (111) surfaces
人造金刚石的生产是发展金刚石量子精密测量和量子信息应用的关键。金刚石中主要的量子传感器和量子比特候选者是氮空位（NV）色心。这种晶格缺陷以四种不同的晶体学取向出现，导致NV中心之间的内在不均匀性，这在某些应用中是不期望的。在这里，我们报告了一种微波等离子体辅助化学气相分解（MPCVD）金刚石生长技术（111）取向的衬底上，产生完美的对齐（$94\pm2%$）生长的NV中心沿一个单一的晶体方向。此外，明确的证据表明，大部分（$74\pm4%$）的取向NV中心形成的氮首先被包括在（111）生长表面，然后由相邻的空位上的形成。生长的NV中心的实现的均匀性将极大地有益于量子信息和计量应用。
2014-02-11 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
All-optical nanoscale thermometry with silicon-vacancy centers in diamond
我们证明了一个全光学温度计的基础上的系综的硅空位中心（SiVs）在金刚石中，利用温度依赖的漂移的SiV光学零声子线跃迁频率，$Δλ/ΔT= 6.8\,\mathrm{GHz/K}$。在块状金刚石中使用SiVs，我们在室温下实现了$70\,\mathrm{mK}$精度，灵敏度为$360\,\mathrm{mK/\sqrt{Hz}}$。最后，我们使用$200\,\mathrm{nm}$纳米金刚石中的SiV作为具有$521\,\mathrm{ mK/\sqrt{Hz}}$灵敏度的局部温度探针。这些结果为生物学、化学和物理学中的纳米温度测量开辟了新的可能性，为控制复杂的纳米系统铺平了道路。
2017-08-17 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
Loading an Optical Trap with Diamond Nanocrystals Containing Nitrogen-Vacancy Centers from a Surface
提出了一种简单有效的在大气中将粒子装入光阱的方法。在捕获激光波长处具有高吸收性的材料，例如柠檬黄染料，被用作附着光致发光金刚石纳米晶体的介质。混合物被烧成一团空气传播的颗粒，当材料被扫到载玻片上的激光聚焦附近时。然后用用于燃烧的激光捕获颗粒，或将其转移到不同波长的第二个激光阱。成功地将金刚石纳米晶体装入陷阱的证据包括光致发光（PL）对520 nm波长的激发激光的高灵敏度和光捕获颗粒的PL光谱。该方法为研究光阱金刚石纳米晶中的氮空位中心提供了一种简便的方法。
2015-06-26 cond-mat.mes-hall physics.optics
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
Decoherence-protected transitions of nitrogen vacancy centers in 99% 13C-enriched diamond
金刚石中的氮空位（NV-）色心由于其自旋为1的基态、简单的光学初始化和读出以及在室温固体中的长的本征相干时间而成为用于量子信息器件的主要候选者。虽然13 C核自旋通常是磁噪声的主要来源，但我们观察到99%13 C金刚石中NV-中心的电子-核超精细态之间的跃迁对退相干具有鲁棒性。在磁场强度范围从550 - 900 G，这些转变是可观察到的光学检测磁共振（ODMR），并表现出线宽缩小的因素高达130倍，在室温下从这个自旋系统观察到的典型的电子型转变。我们预计使用这些退相干保护的过渡，结合动态去耦方法，存储的量子信息。
2015-06-17 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optical signatures of silicon-vacancy spins in diamond
金刚石中的色心已经成为固态量子技术的通用工具，从量子信息到计量学，其中氮空位中心是迄今为止研究最多的。最近，这个工具箱已经扩展到包括不同的材料，以获得纳米制造的机会，以及新的颜色中心，以实现更有效的自旋光子量子接口。其中，硅空位中心突出的超亮单光子发射主要进入理想的零声子线。利用这个中心的挑战是实现迄今为止难以捉摸的光学访问其电子自旋。在这里，我们报告自旋标记的共振荧光带负电荷的硅空位中心。在有限磁场下的低应变金刚石块体自旋选择性激发揭示了在激发态中接近1的自旋态纯度。我们还研究了应变对纳米金刚石中心的影响，并讨论了如何在激发态中保持自旋选择性。
2013-12-10 cond-mat.mes-hall quant-ph
Effects of low energy electron irradiation on formation of nitrogen-vacancy centers in single-crystal diamond
在扫描电子显微镜中暴露于低能电子束（2至30 keV）局部诱导NV中心的形成，而无需在已注入氮离子的金刚石中进行热退火。我们发现，非热，电子束诱导的NV-形成的效率比热退火低约四倍。但是与单独的热退火相比，在暴露于低能电子之后的连续热退火步骤（800 C）中的NV中心形成增加了高达1.8倍。这些观察点重建的氮空位复合物诱导的电子激发从低能量电子作为NV-中心形成机制，并确定本地电子激发作为空间控制的室温NV-中心形成的手段。
2012-04-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Spin polarization through Intersystem Crossing in the silicon vacancy of silicon carbide
基于碳化硅（SiC）的缺陷对于量子通信、量子信息处理和下一代量子传感器是有希望的，因为它们具有长相干时间、接近电信的频率以及光学和微波跃迁。对于这样的应用，自旋态的有效初始化是必要的。我们开发了一个理论描述的自旋极化过程中使用的硅空位缺陷，这是使光驱动，自旋轨道耦合，并与振动模式的相互作用的组合的系统间交叉。通过使用不同的光盘驱动器，我们分析了两个自旋极化通道。有趣的是，我们发现不同的自旋投影的基态流形可以极化。这项工作有助于理解硅空位的初始化和读出，并解释了一些现有的实验与SiC中的硅空位中心。
2018-11-04 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
Optical spin initialization of spin-3/2 silicon vacancy centers in 6H-SiC at room temperature
碳化硅中的硅空位已被提议作为金刚石中氮空位中心的替代物用于自旋电子学和量子技术。这些应用的一个重要前提是量子比特初始化为特定的量子态。本文研究了6 H-SiC中自旋为3/2的负电荷硅空位的光学取向。使用时间分辨的光检测磁共振技术，我们相干控制硅空位自旋系综和测量拉比频率和自旋晶格弛豫时间的所有三个过渡。然后，为了研究硅空位自旋系综的光学初始化过程，制备了不同基态的空位自旋系综，并对其进行了光学激发。我们描述了一个简单的速率方程模型，可以解释所观察到的行为，并确定相关的速率常数。
2021-03-09 cond-mat.mes-hall quant-ph
Nitrogen vacancy centers in diamond as angle-squared sensors
氮空位（NV）中心是金刚石中的缺陷，由于其电子结构，已被广泛研究作为磁场传感器。这种场检测应用通常采用NV中心来检测与NV中心的内部限定的自旋轴的方向对准的场分量。在这项工作中，我们检测的磁场是稍微偏离NV中心轴。特别是，我们证明了NV中心可以测量磁场和NV中心轴之间的角度的平方，具有高灵敏度，其随着外部场接近由NV中心的内部参数预定义的值而发散，与预测一致。这些结果表明，NV中心可以用作灵敏的传感器，用于对纳米机械振荡器等系统进行量子非破坏（QND）测量。
2016-06-06 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
Generation of Tin-Vacancy Centers in Diamond via Shallow Ion Implantation and Subsequent Diamond Overgrowth
金刚石中的IV族色心由于其作为光学活性固态自旋量子比特的潜力而引起了人们极大的兴趣。此类发射器的未来利用需要开发与高质量纳米光子器件兼容的精确现场控制发射器生成技术。这项任务是更具挑战性的颜色中心与大IV族杂质原子，这是有希望的，因为它们的预测长自旋相干时间没有稀释冰箱。例如，当应用于带负电荷的锡空位（SnV $^-$）中心时，常规的位点控制色心产生方法要么损坏金刚石表面，要么产生具有无法解释的特征的体光谱。在这里，我们展示了一种新的方法来产生网站控制的SnV $^-$中心与干净的散装光谱。我们通过薄的注入掩模浅注入Sn离子，随后通过化学气相沉积生长一层金刚石。这种方法可以推广到其他色心，并与量子纳米光子器件的制作相结合。
2020-02-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
Coherent all-optical control of the germanium vacancy in diamond
针对金刚石GeV色心磁共振操控困难，本文通过同时驱动两个Λ系统实现超过约20 MHz的全光Rabi操控，并测得其自旋相干时间。
2025-07-25 cond-mat.mes-hall quant-ph
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
Probing itinerant carrier dynamics at the diamond surface using single nitrogen vacancy centers
钻石中的色心被广泛地用于量子传感、计算和网络。它们的光学、自旋和电荷性质已经被广泛研究，而它们与巡游载流子的相互作用相对未被探索。在这里，我们表明，NV中心位于10 nm的金刚石表面可以通过空穴捕获转换为中性电荷状态。通过测量空穴捕获率，我们提取捕获截面，这是抑制接近金刚石表面。距离的依赖性是一致的载流子扩散模型，表明巡回载流子寿命可以很长，即使在金刚石表面。测量近表面NV中心的动力学特性提供了一个新的工具，用于表征金刚石表面和研究金刚石器件中的电荷输运。
2022-10-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
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
Imaging graphene field-effect transistors on diamond using nitrogen-vacancy microscopy
已经提出了基于金刚石中的氮空位（NV）传感器的集合体的成像技术应用于微电子器件，但是NV感测与操作门控器件的兼容性仍然在很大程度上未被探索。在这里，我们直接在金刚石表面上制造石墨烯场效应晶体管（GFET），并通过NV显微镜对其进行观察。门控石墨烯内的电流密度是根据NV磁力测量法在主要是p型和n型掺杂下重建的，但发现确切的掺杂水平受到测量的影响。此外，我们观察到一个令人惊讶的大调制的电场在金刚石表面下施加的栅极电位，看到在NV光致发光和NV电测量，表明氧化物-石墨烯-金刚石结构的复杂的静电响应。可能的解决方案，以减轻这些影响进行了讨论。
2019-05-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-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
