Autonomous estimation of high-dimensional Coulomb diamonds from sparse measurements
量子点阵列具有由库仑能量控制的基态，由单独占据的量子点显著利用，每个量子点实现自旋量子位。对于这样的量子处理器，基态之间的受控转换具有操作意义，因为这些允许控制阵列内的量子信息，例如量子位初始化和纠缠门。对于少点阵列，传统上通过在控制电压空间中执行密集光栅扫描测量来映射出基态。这些变得不切实际的较大的阵列，由于大量的测量需要采样的高维栅电压超立方体和提取的信息相对较少。我们开发了一种基于反射测量的硬件触发检测方法，以获得直接对应于基态之间跃迁的测量值。这些测量稀疏地分布在高维电压空间内，通过执行由学习算法提出的线搜索。我们的自主软件-硬件算法准确地估计库仑阻塞边界的多面体，实验证明在2 $\times$ 2硅量子点阵列。
2022-12-21 cond-mat.mes-hall
13C dynamic nuclear polarization in diamond via a microwave-free 'integrated' cross effect
色心承载半导体正在成为在室温或接近室温下用于低场动态核极化（DNP）的有前途的源材料，但是超精细加宽、对磁场不均匀性的敏感性以及由其他顺磁缺陷引起的核自旋弛豫设置了难以规避的实际限制。在这里，我们探索了一种替代路线，色心辅助DNP使用氮空位（NV）中心的钻石耦合到替代氮杂质，所谓的P1中心。在水平反交叉条件附近工作-其中P1塞曼分裂匹配NV自旋跃迁之一-我们通过使用连续的磁场扫描和连续的光激发证明了有效的无微波13 C DNP。极化的幅度和符号可以通过调节每个周期中的低到高和高到低磁场扫描速率来控制，使得一个比另一个快得多。通过比较不同晶体取向的13 C DNP响应，我们表明该过程对磁场/NV未对准是稳健的，这一特征使得本技术适用于金刚石粉末和场不均匀的设置。应用于浅NV可以利用表面顺磁缺陷和外部核之间的更大物理接近性，以有效地包裹与金刚石晶体接触的目标样品。
2019-09-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
High-Resolution Correlation Spectroscopy of 13C Spins Near a Nitrogen-Vacancy Center in Diamond
包含氮空位（NV）中心和相邻自旋的自旋复合物被认为是新一代自旋电子学和量子信息处理器件的构建块。由于组装相同的自旋团簇是困难的，新的策略是为了以最高的精度确定单个节点结构。在这里，我们使用的脉冲协议来监测的NV中心附近的13 C合奏的时间演化。我们观察到长寿命的时间相关性的核自旋动力学，有限的NV自旋晶格弛豫。我们使用主机14 N自旋作为量子寄存器，并证明在适当的NV初始化后可以分离超精细位移共振。有趣的是，我们发现相关信号的幅度表现出对所施加的磁场的急剧依赖。我们讨论了这一观察的背景下，最近提出的量子到经典的过渡，以解释场依赖的自旋团簇动力学。
2013-05-07 cond-mat.mes-hall quant-ph
A cavity-mediated quantum CPHASE gate between NV spin qubits in diamond
虽然长自旋相干时间和有效的单量子比特量子控制已经成功地在金刚石中的氮空位（NV）中心中实现，但远程NV自旋量子比特的受控耦合仍然具有挑战性。在这里，我们提出并分析了一个控制相位（CPHASE）门的两个NV中心的自旋嵌入在一个共同的光学腔和两个非共振激光器驱动。结合先前演示的单量子比特门，CPHASE允许任意量子计算。NV自旋到腔模的耦合基于经由NV激发态的拉曼跃迁，并且可以用激光强度和相对相位来控制。我们发现特征激光频率，在该频率下，激光光子进入腔模的散射振幅强烈依赖于NV中心自旋。散射光子可以被另一个选择性驱动的NV中心重吸收，并产生条件相位（CPHASE）门。200 ns左右的门控时间是可以实现的，比典型的NV自旋相干时间（约10微秒）短近三个数量级。两个相互作用的NV中心之间的分离仅受腔的延伸的限制。
2017-03-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Sensitive detection of level anti-crossing spectra of nitrogen-vacancy centers in diamond
本文报道了金刚石单晶中NV $^-$中心（带负电荷的氮空位中心）光致发光的磁场依赖性研究。在这种磁场依赖性中，观察到了电子-核自旋耦合系统中的能级反交叉（LACs）的特征。对于这种LAC线的灵敏检测，我们使用锁定检测来测量光致发光强度。这种实验技术使我们能够获得新的LAC系。此外，还发现LAC谱线对调制频率有很强的依赖性，当调制频率从12 kHz降低到17 Hz时，LAC谱线的振幅增加了约两个数量级。为了定量地解释这种效应，我们提出了一个理论模型，它描述了在振荡外磁场作用下电子-核自旋耦合系统的自旋动力学.实验和理论之间的良好的一致性使我们能够得出这样的结论，所观察到的效果是源于相干的自旋极化交换在一个耦合的自旋系统，包括自旋极化的NV $^-$中心。我们的研究结果是非常实际的重要性，允许一个优化的实验条件，探测LAC衍生线在金刚石晶体包括NV $^-$中心和间接检测和识别其他顺磁缺陷中心。
2017-03-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
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
Probing a spin transfer controlled magnetic nanowire with a single nitrogen-vacancy spin in bulk diamond
金刚石中氮空位（NV）中心的点状性质和精致的磁场敏感性可以提供关于磁性纳米电路内部工作的信息，与传统的传输技术互补。在这里，我们使用一个单一的NV散装钻石探测杂散场的铁磁纳米线控制的自旋转移（ST）扭矩。我们首先报告一个明确的测量ST调谐，参数驱动，大振幅磁振荡。与此同时，我们证明了这种磁振荡可以直接驱动NV自旋跃迁，提供了一种潜在的新的控制手段。最后，我们使用NV作为局部噪声温度计，观察杂散场噪声的强ST阻尼，与从室温到$\sim$ 150 K的磁冷却一致。
2018-07-12 cond-mat.mes-hall
Microwave device characterisation using a widefield diamond microscope
依赖于微波电路的设备构成了许多经典和新兴量子技术的基石。一个能力，提供原位，非侵入性和直接成像的微波场以上的设备将是一个强大的工具，其功能和故障分析。在这项工作中，我们建立在最近的成就，在磁力测量使用合奏的氮空位中心在金刚石，提出了一个宽场微波显微镜与几微米分辨率超过毫米级的视野，130 nT/平方赫兹的微波幅度灵敏度，48分贝的动态范围，和亚毫秒的时间分辨率。我们用我们的显微镜成像微波场几微米以上的微波电路组件的范围，并验证了一种新的原子芯片设计。我们的研究结果开辟了高通量的表征和调试复杂的，多组分的微波器件，包括设备操作的实时探索的方式。
2018-10-18 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Accurate estimation of interfacial thermal conductance between silicon and diamond enabled by a machine learning interatomic potential
Imam Khomeini International University（伊玛目霍梅尼国际大学）；Institut Lumière Matière, Université Claude Bernard Lyon 1-CNRS, Université de Lyon（光物质研究所，里昂第一大学-CNRS，里昂大学）；Chair of Computational Science and Simulation Technology, Institute of Photonics, Department of Mathematics and Physics, Leibniz Universität Hannover（莱布尼茨汉诺威大学计算科学与仿真技术教席、光子学研究所、数学与物理系）；School of Energy Science and Engineering, Harbin Institute of Technology（哈尔滨工业大学能源学院）
针对硅-金刚石界面热管理需求，提出用基于DFT训练的机器学习原子间势计算界面热导，经NEMD模拟验证其结果比传统半经验势更贴合实验，还揭示了声子模式贡献与势函数差异的机制，可提升复杂材料热输运模拟的精度与效率。
2024-07-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
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
Efficient creation of dipolar coupled nitrogen-vacancy spin qubits in diamond
金刚石中氮空位缺陷电子自旋的相干耦合对或多聚体具有许多有前景的应用，特别是在量子信息处理（QIP）中，而且在纳米传感应用中。自旋量子位的可扩展寄存器对于QIP的发展至关重要。离子注入是唯一已知的能够产生足够接近的缺陷对以允许通过偶极相互作用进行自旋耦合的技术。虽然已经提出了几种竞争的方法来提高离子注入的分辨率，但工作寄存器的可靠创建仍有待证明。当前的限制是残余辐射引起的缺陷，导致量子位性能下降，作为定位精度的折衷。在这里，我们提出了一个优化的估计纳米掩模注入参数，最有可能在标准条件下产生相互作用的量子位。我们将我们的研究结果应用到一个成熟的技术，即掩模写在电子束光刻，以创建一个合理的概率耦合缺陷对。此外，我们调查的缩放行为和必要的改进，以有效地工程相互作用的自旋架构。
2016-10-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Level anti-crossing spectra of nitrogen-vacancy centers in diamond detected by using modulation of the external magnetic field
本文研究了金刚石单晶中NV $^-$心（带负电荷的氮空位心）的光致发光与磁场的关系。在这样的磁场依赖的特征线，这是来自耦合的电子-核自旋系统的水平反交叉（LACs）。为了提高灵敏度，我们使用锁定检测来测量光致发光强度，并观察到一个非常强的依赖于调制频率的LAC衍生线。当调制频率从12 kHz降低到17 Hz时，谱线的幅度增加大约两个数量级。为了定量地描述这种效应，我们建立了一个描述电子-核耦合自旋系统在振荡外磁场作用下自旋动力学的理论模型.实验和理论之间的良好协议，使我们能够得出结论，所观察到的效果是源于相干自旋极化交换的NV $^-$中心。我们的研究结果是非常实际的重要性，允许一个探测金刚石缺陷中心的LAC衍生线的实验条件进行优化。
2016-09-21 cond-mat.mes-hall physics.chem-ph quant-ph
Estimation of Spin-Spin Interaction by Weak Measurement Scheme
准确地知道相互作用哈密顿量对于实现量子信息任务，特别是对量子计算机和量子存储器的实验验证至关重要。我们提出了一个方案，通过由Yakir Aharonov和他的同事们发起的弱测量技术来实验评估两量子比特系统的自旋-自旋相互作用。此外，我们在一个特定的金刚石中的氮空位中心的系统中数值证实了我们提出的方案。这意味着弱测量也可以作为量子过程层析成像的一个具体例子。
2011-10-15 cond-mat.mes-hall quant-ph
Stimulated emission depletion microscopy with diamond silicon-vacancy centers
受激发射耗尽（STED）显微镜中的空间分辨率和荧光信号幅度受到可用荧光团的光稳定性的限制。在这里，我们表明，带负电荷的硅空位（SiV）中心的金刚石是很有前途的荧光团STED显微镜，由于其光稳定，近红外发射和有利的物理性能。利用自制的脉冲STED显微镜，在室温下对金刚石块体中浅注入的SiV心进行了成像。发现对于765-800 nm光的SiV受激发射截面为（4.0 +/- 0.3）x 10^（-17）cm ^2，其比带负电荷的金刚石氮空位中心的截面大大约2-4倍，并且接近常用的有机染料分子的截面。我们对孤立的SiV中心进行了STED显微镜检查，并观察到89 +/- 2 nm的横向半峰全宽光斑尺寸，受到低可用STED激光脉冲能量（0.4 nJ）的限制。对于5 nJ的脉冲能量，分辨率预期为~20 nm。我们表明，目前的显微镜可以解决SiV中心分离<150 nm，不能通过共聚焦显微镜解决。
2019-09-04 cond-mat.mes-hall physics.bio-ph physics.optics
Bloch-Siegert oscillations in the Rabi model with an amplitude-modulated driving field
研究了当低频调制场的频率与高频调制场的Rabi频率相匹配时，振幅调制电磁场激发的量子比特在Rabi共振下的相干动力学.由于多光子过程在量子比特和低频驱动场之间的超强耦合处的相消干涉，拉比振荡完全由布洛赫-西格特效应引起。它在时间分辨相干动力学中被直接观测到，称为布洛赫-西格特振荡。在这种情况下，相干响应的傅里叶光谱中的三重峰被转换成双线，其中线之间的分裂等于布洛赫-西格特位移的两倍。这些不寻常的性质证明了在实验条件下与金刚石中的氮空位中心。
2020-02-17 cond-mat.mes-hall quant-ph
Optical-power-dependent splitting of magnetic resonance in nitrogen-vacancy centers in diamond
本文研究了金刚石NV中心ODMR分裂宽度的光功率依赖性，发现其随光功率指数衰减并饱和，且饱和光功率几乎与样品无关，归因于非轴对称形变或杂质，表明低形变金刚石更利于精确测磁。
2023-07-10 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Diamond magnetometer enhanced by ferrite flux concentrators
基于金刚石中氮空位（NV）中心的磁强计是一种很有前途的室温固态传感器。然而，它们对低频（<1 kHz）磁场的灵敏度目前已报道为>10 pT s^{1/2}，排除了在医学成像、地球科学和导航中的潜在应用。在这里，我们表明，高磁导率的磁通量集中器，收集磁通量从一个更大的区域，并集中到金刚石传感器，可以用来提高灵敏度的金刚石磁力计。通过将NV掺杂的金刚石膜以蝴蝶结配置插入两个铁氧体锥体之间，我们实现了金刚石内的磁场振幅的~250倍增加。我们证明了~0.9 pT s^{1/2}的灵敏度磁场在10和1000 Hz之间的频率范围内，使用双共振调制技术来抑制NV自旋能级的热位移的影响。这是使用200 mW的激光功率和20 mW的微波功率来实现的。本工作通过使用微结构磁性材料来操纵磁场，为金刚石量子传感器引入了一个新的维度。
2019-11-14 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.ins-det
Phase transition of light in circuit QED lattices coupled to nitrogen-vacancy centers in diamond
我们提出了一种混合量子结构，用于在超导传输线谐振器（TLR）耦合到由持续电流量子比特包围的单个氮空位（NV）中心的二维（2D）正方形晶格中实现光子Mott绝缘体-超流体相变。定域-离域转变是在位排斥和非定域隧穿相互作用的结果。利用平均场方法可以得到实振幅和复振幅光子跳跃情况下的相位边界。在考虑耗散效应的情况下，采用量子跳跃技术描述了相图。我们的体系结构的独特之处在于有效的原位排斥和光子跳跃率的良好可调性，以及TLR的局部统计特性，这些特性可以很容易地使用现有的微波技术进行分析。我们的工作为利用混合自旋电路-QED系统进行凝聚态和多体物理的量子模拟开辟了新的前景。实验的挑战是可实现的使用目前可用的技术。
2015-04-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el quant-ph
Wideband wide-field imaging of spin-wave propagation using diamond quantum sensors
本文提出利用交流塞曼效应突破NV中心共振频率限制，在不改变外磁场条件下实现对YIG薄膜自旋波最大失谐567 MHz的宽带成像，拓展了金刚石量子传感器在自旋波动力学研究中的应用范围。
2024-12-18 cond-mat.mes-hall
Detuning-insensitive wide-field imaging of vector microwave fields with diamond sensors
Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics, Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences（中国科学院物理研究所凝聚态物理北京国家实验室）；School of Physical Sciences, University of Chinese Academy of Sciences（中国科学院大学物理科学学院）
利用钻石传感器的光谱线展宽效应，实现微波场的宽场成像，具备调制不敏感性和高分辨率，适用于复杂环境下的高精度微波检测。
2025-11-28 cond-mat.mes-hall physics.ins-det quant-ph
Vector magnetometry using cavity-enhanced microwave readout in nitrogen-vacancy diamond
本研究提出耦合微波腔的金刚石NV中心矢量磁测量方案，通过腔增强微波读出实现高对比度自旋检测，获得了高灵敏度、宽响应带宽的4π球面度矢量磁场传感性能。
2025-11-14 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.atom-ph
Magnetic Communication with an Acoustically Actuated Magnetoelectric Resonator and a Quantum Diamond Magnetometer
RMIT University（皇家墨尔本理工大学）；Defence Science and Technology Group（国防科学与技术集团）
本研究提出一种以声驱动磁电谐振器为发射端、量子金刚石磁力计为接收端的混合磁通信系统，在20 kHz下实现交流磁场的幅度和相位编码传输，灵敏度优于传统环形天线方案。
2026-08-28 cond-mat.mes-hall
Super-resolution diamond magnetic microscopy of superparamagnetic nanoparticles
本文提出一种基于NV色心电荷态光控与环形光束超分辨磁共振谱的纳米磁显微方法，实现约100 nm分辨率，成功分辨间距约190 nm的30 nm铁氧化物纳米颗粒磁偶极特征，且灵敏度显著优于共聚焦方法。
2023-10-09 cond-mat.mes-hall physics.bio-ph physics.ins-det
Magnetometry with Broadband Microwave Fields in Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond
National Research Council of Canada（加拿大国家研究委员会）；University of Ottawa（渥太华大学）；McGill University（麦吉尔大学）
提出利用宽带微波场同时探测金刚石NV中心所有磁敏感态，结合最大似然估计和神经网络分析透射微波时域信号，实现约10 pT/√Hz的直流磁场灵敏度，无需偏置磁场且支持矢量检测。
2026-06-02 cond-mat.mes-hall physics.atom-ph quant-ph
Proximity-induced artefacts in magnetic imaging with nitrogen-vacancy ensembles in diamond
金刚石中氮空位（NV）中心的磁成像是最近发展起来的一种技术，可以进行定量矢量场映射。在这里，我们揭示了在磁性样品被放置在非常接近（几十nm）的NV感测层的情况下，在测量的磁场中的伪影的来源。使用磁性纳米粒子作为测试样品，我们发现，测量的磁场偏离显着的计算场，在形状，幅度，甚至在符号。通过对整个测量过程进行建模，我们发现这些差异是由NV传感器的有限测量范围与光学读出的有限空间分辨率相结合造成的。我们数值研究的立场的距离，以确定一个人工制品的制度的作用，并讨论了应用程序的可移植材料。这项工作提供了一个指导，以预测和减轻接近引起的伪影，可能会出现在基于NV的宽场磁成像，也表明，这些伪影的样品的灵敏度可以使它们成为一个有用的工具，磁特性。
2018-03-26 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.ins-det
Energy level structure of diamond silicon vacancy centers in an off-axis magnetic field
提出一种结合理论模型、光致发光激发谱与相干布居囚禁测量的方法，用于提取离轴磁场下单个 SiV 中心的关键能级参数并验证轨道磁耦合差异。
2024-12-02 cond-mat.mes-hall
Mapping of Spin-Wave Transport in Thulium Iron Garnet Thin Films Using Diamond Quantum Microscopy
该研究结合金刚石 NV 磁力测量与自旋波电传输谱，实现 TmIG 薄膜自旋波的亚微米空间成像，并测得其振幅、约50 μm衰减长度及0.8–2 μm波长。
2023-12-05 cond-mat.mes-hall
Pseudosymmetric bias and correct estimation of Coulomb/confinement energy for unintentional quantum dot in channel of metal-oxide-semiconductor field-effect transistor
我们描述了一种测量方法，该方法能够正确估计金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）沟道中无意的量子点（QD）的充电能量。如果通道具有带大充电能量的主导QD和带弱得多的充电的杂散QD阵列，则该方法通过将杂散QD视为串联电阻器来消除由于杂散QD引起的附加电压降。我们将这种方法应用于短沟道MOSFET，发现占主导地位的QD的充电能量确实可以小于库仑金刚石的尺寸。
2013-09-18 cond-mat.mes-hall
Spin filtering and switching action in a diamond network with magnetic-nonmagnetic atomic distribution
我们提出了一个简单的模型量子网络组成的菱形格子的磁性和非磁性原子的确定性分布在存在一个均匀的外部磁通量在每个格子和预测，这样一个简单的模型可以是一个有前途的候选人自旋过滤器以及磁通驱动的自旋电子开关。衬底磁矩的取向和幅度在两个自旋通道的能带工程中起着至关重要的作用，这基本上使我们能够控制自旋传输，从而导致自旋过滤效应。外部可调谐的磁通量在诱导两个自旋态的开关开关效应中起着重要的作用，指示类似于自旋电子开关的行为。即使是现场势和磁矩中的相关无序配置也可能导致无序诱导的自旋过滤现象，其中一个自旋通道被完全阻塞，而另一个自旋通道在整个允许的能量范围内传输。所有这些功能建立在紧束缚框架内的状态密度和两个终端的传输概率使用的传输矩阵形式主义。理论研究的实验实现可能有助于设计新的自旋电子器件。
2016-08-14 cond-mat.dis-nn cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Earth's field diamond vector magnetometry with isotropic magnetic flux concentrators
本研究提出使用各向同性三维磁通聚束器解决地磁场下金刚石NV中心ODMR光谱拥挤问题，实验证明其能实现近各向同性的磁场放大，有效缓解光谱拥挤，为地磁测量与导航提供新途径。
2025-06-30 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.ins-det
