基于金刚石高压器件中 NV 传感器的光谱学研究
介观与纳米尺度物理
2023-05-02 v1 量子物理
摘要
最近，带负电的氮空位（NV）中心已成为加压环境中一种稳健且通用的量子传感器。在高压领域常用的传统主力设备——金刚石压砧室（DAC）中，实现 NV 传感有两种常用方法：在金刚石压砧尖端制造植入 NV 中心（INVs），或将富含 NV 的纳米金刚石（NDs）浸入压力介质中。然而，关于比较这些传感器类型所经历的局部应力环境及其作为压力计的性能的研究十分有限。在本工作中，通过使用光探测磁共振（ODMR）方法探测 NV 能级，我们在实验上揭示了集成于同一 DAC 中的 INVs 和 NDs 的部分重构应力张量存在显著差异。我们的测量结果与计算模拟一致，得出结论：INVs 感知到的是由沿 DAC 轴向的单轴应力主导的更强非静水压环境。这为特定目的下 NV 传感器的合适选择以及 DAC 中的应力分布提供了见解。由于最大工作压力可能受到压力环境非静水压性的限制，我们进一步提出了一些可能的方法，例如使用 NDs 和纳米柱，来扩展基于 ODMR 光谱的量子传感的最大工作压力。此外，通过研究压力如何改变 NV 系统的不同方面，我们探索了 NV 中心的更多传感应用。我们使用 INVs 和 NDs 进行了光致发光研究，以确定零声子线的压力依赖性，这有助于开发基于 NV 中心的全光压力传感协议。我们还表征了加压环境下 INVs 的自旋-晶格弛豫（）时间，为在加压环境中使用 NV 中心进行稳健的脉冲测量奠定了基础。
引用
@article{arxiv.2301.05462,
title = {Spectroscopy Study on NV Sensors in Diamond-based High-pressure Devices},
author = {Kin On Ho and Man Yin Leung and Wenyan Wang and Jianyu Xie and King Yau Yip and Jiahao Wu and Swee K. Goh and Andrej Denisenko and Jörg Wrachtrup and Sen Yang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2301.05462},
year = {2023}
}