lonsdaleite中的氮空位中心：一种新型纳米尺度传感器？
量子物理
2025-09-17 v2
摘要
六方晶金刚石常称为lonsdaleite， 是一种碳的异质体，预计比立方（常规）金刚石更硬且拥有更宽的带隙。由于其纯正sp3键晶格，应该会宿主亚带隙缺陷中心（颜色中心）。本文对氮空位（NV）六方晶金刚石纳米晶中的NV颜色中心进行原子计算建模；针对中性和带负电的两种型态（NV0和NV−）。我们识别出NV中心存在三种不同的构型，其中两种类似于金刚石中的NV，另一种只能存在于六方形形式中。金刚石样NV系统包含三个在同一碳平面上且互为对称等价的中心，以及一个跨越两个平面的缺陷，取代一个碳−碳键。还有一种NV中心，其中N和V的每个最近邻都有四个碳原子。这种后者构型的存在将提供确定六方晶金刚石性质的明确方法。量子化学分析表明所有衍生物在热力学上都是稳定的，每个都具有独特的光物理特性、光谱轮廓和磁光特性。通过假设NV^-在六方晶金刚石中的基态性质与NV^-在立方金刚石中类似（尽管受应力影响），我们预测两种中心的基态细分裂为2.74 GHz和4.56 MHz，与立方金刚石的2.87 GHz相当。NV^-$在lonsdaleite中实现光学探测磁共振的可能性将提供一种新的基于碳的量子感知系统，并解决六方晶金刚石结构争议的明确方法。
引用
@article{arxiv.2505.11240,
title = {Nitrogen-vacancy centre in lonsdaleite: a novel nanoscale sensor?},
author = {Anjay Manian and Mitchell O. de Vries and Daniel Stavrevski and Qiang Sun and Salvy P. Russo and Andrew D. Greentree},
journal= {arXiv preprint arXiv:2505.11240},
year = {2025}
}
备注
13 pages, 5 Figures, 4 Tables, ESI available on request ([email protected])