基于可见光驱动 C-H 活化的金刚石表面功能化用于纳米级量子传感
材料科学
2024-03-19 v1 量子物理
摘要
金刚石中的氮空位中心是一种用于纳米级核磁共振传感的极具前景的平台。尽管在利用 NV 中心检测和定位低至单自旋水平的核自旋方面取得了显著进展，但基于 NV 的单个、完整、任意目标分子的谱学分析仍难以实现。NV 分子传感要求目标分子固定在距 NV 中心几纳米范围内且自旋相干时间长。金刚石的惰性性质通常需要诸如热退火或等离子体处理等苛刻的功能化技术，限制了可连接到表面的官能团范围。溶液相化学方法可以更容易地推广以安装多样化的官能团，但其在单晶金刚石表面尚未被广泛探索。此外，实现具有长自旋相干时间的浅层 NV 中心需要高度有序的单晶表面，而溶液相功能化尚未被证明与此类苛刻条件兼容。在本工作中，我们报道了一种在常温条件下利用可见光直接功能化单晶金刚石表面 C-H 键的通用策略。该官能化方法与表面 10 nm 内具有可与最先进水平相媲美自旋相干时间的电荷稳定 NV 中心兼容。作为原理验证，我们利用浅层 NV 中心系综检测来自附着于表面的官能团的核自旋。我们这种基于可见光驱动 C-H 键活化的表面功能化方法，为将 NV 中心部署为化学传感和单分子谱学的广泛工具打开了大门。
引用
@article{arxiv.2309.07354,
title = {Diamond Surface Functionalization via Visible Light-Driven C-H Activation for Nanoscale Quantum Sensing},
author = {Lila V. H. Rodgers and Suong T. Nguyen and James H. Cox and Kalliope Zervas and Zhiyang Yuan and Sorawis Sangtawesin and Alastair Stacey and Cherno Jaye and Conan Weiland and Anton Pershin and Adam Gali and Lars Thomsen and Simon A. Meynell and Lillian B. Hughes and Ania C. Bleszynski Jayich and Xin Gui and Robert J. Cava and Robert R. Knowles and Nathalie P. de Leon},
journal= {arXiv preprint arXiv:2309.07354},
year = {2024}
}