关于金刚石的表面顺磁性

我们展示了在高纯度金刚石单晶中极浅层（<5 nm）氮 - 空位（NV）色心的自旋弛豫时间（$T_1$, $T_{1,\rho}$, $T_2$）测量结果。我们发现自旋弛豫时间相较于体材料值降低了多达 30 倍，表明存在与表面相关的普遍磁性杂质。我们的测量得出表面态的密度为 0.01-0.1 玻尔磁子/nm$^2$，特征相关时间为 0.28(3) ns，且在不同样品（注入型、N 掺杂型）和表面终端（H、F 和 O）之间变化很小。低温测量进一步证实波动是热激活的。数据支持原子图像，即杂质与顶层碳原子相关，而非与终端表面原子或吸附分子相关。低自旋密度意味着单个表面杂质的存在足以导致浅层 NV 色心的自旋弛豫。