利用金刚石中深度优化氮空位系综的纳米级固态核四极共振谱学
介观与纳米尺度物理
2022-05-11 v1 量子物理
摘要
块体量子材料的核磁共振（NMR）与核四极共振（NQR）谱学已揭示量子相临界性、磁性与超导等现象的洞见。随着具有磁现象的纳米级二维材料出现，感应探测的NMR与NQR谱学灵敏度不足以检测纳米材料中较少数量的自旋。金刚石中的氮空位（NV）中心在将NMR与NQR谱学的分析能力带至纳米尺度方面已展现出前景。然而，由于缺陷中心深度依赖的形成效率、来自表面自旋的噪声、能带弯曲效应以及核磁场的深度依赖性，关于统计极化自旋表面NMR的理想NV深度存在模糊性。本工作中，我们制备了一系列浅NV系综层深度，并通过在金刚石表面Fomblin油中对统计极化的\fluorine{}进行NMR谱学，确定了理想NV深度。我们发现，使用XY8-N噪声谱学达到SNR为3所需的测量时间，在NV深度5.4 nm处有最小值。为展示NV系综的传感能力，我们对六方氮化硼薄片的\boron{}进行NQR谱学。我们将最佳金刚石与先前单NV的工作比较，发现该系综在激励直径小至4 m时提供了更短的测量时间。该分析为进一步涉及具磁性的二维材料NMR/NQR谱学实验提供了理想条件。
引用
@article{arxiv.2112.14850,
title = {Nanoscale Solid-State Nuclear Quadrupole Resonance Spectroscopy using Depth-Optimized Nitrogen-Vacancy Ensembles in Diamond},
author = {Jacob Henshaw and Pauli Kehayias and Maziar Saleh Ziabari and Michael Titze and Erin Morissette and Kenji Watanabe and Takashi Taniguchi and J. I. A Li and Victor M. Acosta and Edward Bielejec and Michael P. Lilly and Andrew M. Mounce},
journal= {arXiv preprint arXiv:2112.14850},
year = {2022}
}