金刚石中用于宽场量子显微镜的氮空位层形成方法比较
应用物理
2020-11-02 v1 材料科学
摘要
金刚石衬底中近表面的氮空位(NV)缺陷薄层是基于 NV 的宽场磁显微镜的主力，其在物理、地质与生物中有应用。存在若干创建此类 NV 层的方法，通常涉及通过生长和/或辐照将氮原子(N)与空位(V)掺入金刚石。尽管对个别方法已有详细研究，但对所得磁灵敏度的直接并列实验比较仍然缺失。在此，我们在室温与低温下表征通过三种不同方法制备的约 nm 厚 NV 层：1) 对富 N 高温高压(HPHT)金刚石进行低能碳辐照，2) 对 掺杂化学气相沉积(CVD)金刚石进行碳辐照，3) 对无 N 的 CVD 金刚石进行低能 N 或 CN 注入。尽管各方法内部存在显著变异性，我们发现最佳的 HPHT 样品产生的磁灵敏度（平均在 2 倍以内）与我们的 掺杂样品相当，对直流磁场优于 ~T Hz，对交流场优于 ~nT Hz（对应 ~nm~~nm 像素），而 N 与 CN 注入样品的灵敏度在室温与低温下均差 2-5 倍。我们还考察了各方法引起的晶格应变，并讨论了其对宽场 NV 成像的影响。讨论了每种方法的优缺点及潜在的未来改进。本研究强调，尽管相对简单且低成本，低能辐照 HPHT 金刚石仍是创建用于宽场磁成像的薄 NV 层的具竞争力的方法。
引用
@article{arxiv.2006.05056,
title = {Comparison of different methods of nitrogen-vacancy layer formation in diamond for widefield quantum microscopy},
author = {A. J. Healey and A. Stacey and B. C. Johnson and D. A. Broadway and T. Teraji and D. A. Simpson and J. -P. Tetienne and L. C. L. Hollenberg},
journal= {arXiv preprint arXiv:2006.05056},
year = {2020}
}