富氮金刚石中高密度氮空位中心系的电荷与自旋耦合动力学

我们研究了富氮单晶金刚石中氮空位（NV）中心系的自旋去极化。我们发现极化态在暗态下的演化强烈依赖于 NV 中心的浓度。在低激发功率下，我们在低密度区观察到简单的指数衰减轮廓，而在高密度区观察到反常的反转指数轮廓。在较高激发功率下，我们观察到复杂行为：在制备脉冲后发光信号初始急剧上升，随后较慢指数衰减。磁场和激发激光功率依赖的测量表明，发光信号的快速初始增加与氮空位中心在暗态下的重新带电（从中性到带负电）有关。慢弛豫分量对应于 NV 系综的纵向自旋弛豫。衰减轮廓的形状反映了两种机制之间的相互作用：暗态下的 NV 电荷态转换和纵向自旋弛豫。这些机制又受到激发期间的电离、重新带电和极化动力学的影响。有趣的是，我们发现即使在非常微弱的激发功率下，电荷动力学在 NV 密集样品中也占主导地位。这些观察结果对于 NV 中心系在进动磁力测定和传感应用中的使用可能很重要。