邻近氮原子降低金刚石中氮-空位中心的荧光量子产率
量子物理
2022-04-13 v1 材料科学
摘要
金刚石中的氮-空位色心正成为最重要的固态量子系统之一。它在高精度传感、量子计算、单光子通信、计量、纳米级磁成像与生物传感等领域有应用。对于这些应用，高光子发射量子产率都是可取的。然而，经工程化处理具有高氮-空位中心密度的金刚石样品，其亮度在单批次内甚至同一样品内都呈现显著变化。本文我们表明，邻近的氮杂质通过非辐射跃迁淬灭氮-空位中心的发射，导致荧光量子产率降低。我们监测了具有不同氮杂质浓度的合成金刚石样品中氮-空位中心系的发射特性。在 1.81 ppm 的低氮密度下我们测得寿命为 13.9 ns，而观察到寿命随氮密度增加而强烈降低。在氮密度 380 ppm 时我们测得寿命低至 4.4 ns。寿命变化对应于相对荧光量子产率从 77.4% 降至 32%，氮密度分别从 88 ppm 增至 380 ppm。这些结果将为优化基于氮-空位中心荧光的金刚石晶体器件所需条件提供信息。此外，该工作为金刚石与纳米金刚石中高密度氮-空位系观测到的不均匀性起源提供了见解。
引用
@article{arxiv.2112.07260,
title = {Proximal nitrogen reduces the fluorescence quantum yield of nitrogen-vacancy centres in diamond},
author = {Marco Capelli and Lukas Lindner and Tingpeng Luo and Jan Jeske and Hiroshi Abe and Shinobu Onoda and Takeshi Ohshima and Brett Johnson and David A. Simpson and Alastair Stacey and Philipp Reineck and Brant C. Gibson and Andrew D. Greentree},
journal= {arXiv preprint arXiv:2112.07260},
year = {2022}
}
备注
22 pages, 14 figures (4 figures in the main text, 10 figures in the supplementary information)