1b型金刚石中的NV⁻–N⁺对中心

该研究确定，在1b型金刚石中NV⁻可实现的 optically induced 自旋极化程度受单取代氮N⁰浓度限制。金刚石中单个NV中心的自旋极化取决于NV⁻与氮施主之间的距离。当NV⁻–N⁺对间距较大时，该对的性质与单点相同，可获得高度自旋极化。当间距减小时，发射减弱、寿命缩短且自旋极化下降。这种退化源于激发态中从NV⁻到N⁺的电子隧穿，并导致包含NV⁰的光学循环。该隧穿过程对光激发是线性的，且N⁺越靠近NV⁻中心越显著。然而，NV⁻与其施主N⁺之间的间距可受光影响，通过激发NV⁻和/或电离N⁰实现。产生自旋极化的光激发也会改变样品性质，并在激发期间产生电荷动力学。其结果是自旋极化大小、自旋弛豫和相干时间T₁与T₂依赖于氮浓度和激发波长。相邻的N⁺产生电场，对NV⁻跃迁产生Stark位移，并对系综导致谱线展宽。正是通过对这些Stark诱导效应变化的观测，才得以监测NV⁻–N⁺间距的变化。包括变化线宽在内的光谱测量是本研究的核心。测量在低温下进行，包含对NV⁻在637 nm的光学跃迁、1042 nm的红外跃迁以及2.87 GHz处ODMR的广泛测量。