含时磁场中金刚石氮空位中心自旋动力学的绝热性

我们研究了在存在横向磁场时，沿 NV 对称轴方向的振荡磁场中金刚石氮空位（NV）中心的自旋动力学。众所周知，由应变和电场引起的原本简并的 Zeeman 能级 $|M_S=\pm1\rangle$ 之间的耦合，在振荡磁场轴向分量变号时负责伪交叉附近绝热能级的 Landau-Zener 过程。我们推导了 NV 系统的有效两能级 Hamiltonian，包含通过横向磁场诱导的经第三远失谐能级 $|M_S=0\rangle$ 虚跃迁的两个能级之间的耦合。该耦合补充了由应变和电场引起的耦合，其相位取决于垂直于 NV 轴的平面内横向场的方向。因此，Zeeman 能级的{\em 总耦合}可通过完全或部分补偿应变和电场的影响，或增强之，来调节以控制自旋动力学的绝热性。此外，通过改变横向磁场的强度和方向，可以确定 NV 中心位置处局域应变和电场的强度和方向，甚至{\em 外部}应力和电场。核自旋超精细相互作用被证明引入了轴向磁场的核自旋相关偏移，伪交叉在此发生，而绝热性不受核自旋影响。若 NV 中心与环境耦合，以具有高斯白噪声谱的浴模型化（适用于金刚石表面附近的 NV），则自旋动力学伴随 Zeeman 能级布居的弛豫以及纯度非单调下降的退相干。