利用金刚石中氮空位中心在纳米尺度探测氮-空位-氢中心
材料科学
2023-12-01 v1 量子物理
摘要
在金刚石中，替代氮缺陷(Ns)或氮-空位-氢复合物(NVH)等氮缺陷的数量至少比氮空位(NV)缺陷多一个数量级，形成致密的自旋浴。虽然中性Ns会影响NV自旋态的相干性，但NVH的原子结构类似于一个被氢原子修饰的NV中心。因此，NVH中心的形成可能与NV中心的形成竞争，从而降低在氢等离子体辅助化学气相沉积(CVD)生长的金刚石中氮到NV的转化效率。因此，监测和控制自旋浴对于制备和理解用于量子应用的高NV浓度工程金刚石材料至关重要。尽管多年来已在纳米和介观尺度上研究了Ns在金刚石中的掺入，但关于CVD参数和晶体取向对NVH形成影响的研究仅限于块体氮掺杂金刚石，以提供足够高的自旋数用于电子顺磁共振和光吸收光谱技术。在此，我们研究了氮含量分别为(13.8 ± 1.6) ppm和(16.7 ± 3.6) ppm的亚微米厚(100)金刚石层，并利用层中的NV中心作为局域纳米传感器，展示了使用双电子-电子共振(DEER)探测NVH-中心。为了确定NVH-密度，我们定量拟合NVH-的超精细结构，并用通常用于确定Ns0密度的DEER方法确认结果。通过我们的实验，我们在纳米尺度上获取了自旋浴组成，并实现了用薄金刚石层而非资源和时间密集的块体晶体在CVD配方优化中的快速反馈回路。
引用
@article{arxiv.2311.18624,
title = {Detecting nitrogen-vacancy-hydrogen centers on the nanoscale using nitrogen-vacancy centers in diamond},
author = {Christoph Findler and Rémi Blinder and Karolina Schüle and Priyadharshini Balasubramanian and Christian Osterkamp and Fedor Jelezko},
journal= {arXiv preprint arXiv:2311.18624},
year = {2023}
}
备注
7 pages, 3 figures