金刚石中的氧: ST1 自旋中心的热稳定性与氧-氧配对复合物的形成
材料科学
2026-01-09 v1
摘要
关于金刚石中氧相关缺陷的了解甚少。最近，室温下发现的有前景的自旋中心 ST1 被确认为氧中心，但其原子结构和热稳定性尚不明确。本文报告了氧相关的光学活性中心及其形成条件，通过在不同深度和剂量条件下植入氧离子。具体而言，我们确定了 ST1 中心的温度形成/稳定性范围，该范围在约 1100{\deg}C 时最高，且比 NV 中心更窄。在该条件下，对小 ST1 群体进行光磁共振(ODMR)测量，300K 时自旋读取对比度可达 20%。在荧光光谱中，未观察到 535 nm 的 ST1 峰。此外，对 O 分子离子植入测得一个以 460 nm 为中心的宽峰。对于 1500{\deg}C 的退火温度，形成一种不同的中心(其 ZPL 位于 584.5 nm)，其强度随植入剂量呈 1.5 < p < 1.9 的幂律关系增长。这表明该中心包含两个氧原子。此外，还观察到与固有缺陷相关的新光谱特征，包含四个突出线(尤其在 594nm)。最后，本文所述金刚石中氧中心的热形成与稳定性对于通过第一性原理计算确定如 ST1 和可能的 OV 复合物的原子结构至关重要。事实上，缺陷中心的形成能量和电荷态比完整的能级方案更容易计算，而关于 ST1 中心的完整能级方案迄今仍未成功。
引用
@article{arxiv.2601.04418,
title = {Oxygen in diamond: thermal stability of ST1 spin centres and creation of oxygen-pair complexes},
author = {Paul Neugebauer and Xinxi Huang and Chloe Newsom and Christophe Arnold and Hjørdis Martelock and Séverine Diziain and Edoardo Monnetti and Jocelyn Achard and Tobias Lühmann and Paolo Olivero and Jan Meijer and Julien Barjon and Alexandre Tallaire and Sébastien Pezzagna},
journal= {arXiv preprint arXiv:2601.04418},
year = {2026}
}