金属氮为类型I全氟 diamond 中点缺陷的探针

金属氮（Mu）是正电子子和电子构成的束缚态，可扩散通过晶体晶格并与绝缘体和半导体中的缺陷中心相互作用。在本工作中，我们证明了这种Mu的扩散特性可用于探测金刚石晶格中的缺陷；具体而言，是替代性氮原子（N$_s^0$）和氮空位（NV）中心于类型I全氟金刚石中。当与这些缺陷发生相互作用时，Mu可交换其电子自旋或改变其电荷状态，这会导致子弹自旋松弛。然而，金刚石中的金属氮（以及一般半导体中的金属氮）可能处于几个独特的金属氮状态，其中每一种状态都为子弹信号作出贡献。此外，这些状态可以发生位置和电荷交换相互作用，形成动态网络。因此，要研究Mu与点缺陷的相互作用，必须对子弹数据进行去卷积，以隔离扩散物种的信号。为实现这一目标，我们对Mu状态交换动力学进行了建模，并通过密度矩阵方法对子弹自旋极化的时间演化进行数值模拟。通过对一组纵向场扫描数据进行全局曲线拟合，可以提取涉及与缺陷中心相互作用的Mu转换速率。发现扩散的四面体间隙Mu通过电子自旋交换与paramagnetic N$_s^0$中心相互作用。相比之下，它们在与负电荷NV中心相互作用时被转换为形成一个顺磁中心。