金刚石浅层氮空位中心的高效高保真度电荷初始化

金刚石中的氮空位（NV）中心在环境条件下表现出长自旋相干时间、光学初始化和光学自旋读出，使其成为优秀的量子传感器。然而，基于非共振绿光激发的常规电荷态初始化方案会导致显著的状态制备误差，通常在30%左右。提高电荷态初始化保真度的一种方法是使用多色激发，该方法已被证明可通过几毫秒的近红外（5 mW）和绿光（10 {\mu}W）激发，为体相NV中心实现接近1的制备保真度。将此类方案以更高效率的光学抽运转化为靠近金刚石表面的NV中心，将能够实现纳米尺度传感中的诸多任务。在此，我们展示了一种针对距金刚石表面5 nm至15 nm处浅层NV中心的高效电荷初始化协议。通过仔细研究浅层NV中心的电荷动力学，我们确定了一个参数空间区域，能够在300 {\mu}s的近红外（1 mW）和绿光（10 {\mu}W）激发内实现接近1（95%）的电荷初始化。在4 mW近红外和39 {\mu}W绿光照射下，达到90%电荷初始化的时间可快至10 {\mu}s。这种快速、高效的电荷初始化协议将使能那些目前因状态制备误差而无法扩展的纳米尺度传感应用，例如测量高阶多点相关器。