155 MeV电子辐照下金刚石中NV中心的制备
量子物理
2024-05-09 v1 应用物理
摘要
高浓度带负电氮空位中心（NV-）的单晶金刚石衬底在开发光泵浦固态传感器（如磁强计、温度计或静电计）方面需求巨大。虽然氮杂质可在晶体生长过程中轻易掺入，但空位的产生需进一步处理。在此背景下常选用电子辐照与退火，相较于较重粒子的辐照，其优势在于不会负面影响晶格结构进而损害NV-的光学与自旋特性。为优化工艺并提升基于NV的传感器灵敏度，需对电子辐照可能性进行深入研究。本工作中，我们考察了此前未探索区间的电子辐照效应：能量极高的155 MeV电子。我们建立仿真模型估算所产生空位浓度，并通过实验证明，在富氮HPHT金刚石的大体积样品中辐照后，NV-浓度提升超过3个数量级，对应灵敏度的显著提升。此外，我们讨论了该特殊区间电子辐照对NV传感其他关键指标的影响，即电荷态转换效率与自旋弛豫时间。最后，针对不同衬底与辐照通量，将极高能辐照与更常规的低能辐照工艺（采用透射电子显微镜的200 keV电子）进行比较，表明155 MeV下每电子空位产生产率高出六十倍。
引用
@article{arxiv.2305.15009,
title = {Creation of NV centers in diamond under 155 MeV electron irradiation},
author = {Elena Losero and Valentin Goblot and Yuchun Zhu and Hossein Babashah and Victor Boureau and Florian Burkart and Christophe Galland},
journal= {arXiv preprint arXiv:2305.15009},
year = {2024}
}