基于纳米金刚石掺杂聚合物薄膜的全光电场感知
介观与纳米尺度物理
2025-08-22 v2
摘要
氮空位（NV）中心是一种在金刚石中存在于不同电荷态（NV 和 NV）的光致发光陷阱，其对NV中心的纳米尺度环境敏感。本文表明，来自荧光纳米金刚石（FNDs）中的NV中心的光致发光（PL）可用于基于电场诱导NV电荷态调制的全光电压感知。超过95%的FNDs集成到电容器器件中后，显示出在外部电压施加后0.1毫秒内NV PL强度可增加最高31%，同时伴随NV PL的同步下降。NV PL的变化随施加电压从0至100 V（对应本器件中的电场为0至625 kV cm）而增大。单个FND的电场灵敏度为19 V cm Hz。我们研究了NV电荷态在毫秒尺度上的光动力学，发现NV PL的变化strongly依赖于光激发速率。我们提出了一个模型，定性解释了NV PL观察到的变化，基于电场引起的光激发电子从掺杂氮缺陷到NV中心的重新分布，导致在外部电压施加后NV向NV中心的暂时性转换。我们的结果促进了FNDs作为固态系统中可靠、全光、纳米尺度电场传感器的开发。
引用
@article{arxiv.2505.07350,
title = {All-optical electric field sensing with nanodiamond-doped polymer thin films},
author = {Roy Styles and Mengke Han and Toon Goris and James Partridge and Brett C. Johnson and Blanca del Rosal and Amanda N. Abraham and Heike Ebendorff-Heidepriem and Brant C. Gibson and Nikolai Dontschuk and Jean-Philippe Tetienne and Philipp Reineck},
journal= {arXiv preprint arXiv:2505.07350},
year = {2025}
}