金刚石中致密近表面氮-空位中心系综的自旋性质

我们研究了由氮离子注入制备的金刚石中致密近表面氮-空位(NV)中心层的自旋性质。测量了光探测磁共振对比度与线宽、自旋相干时间以及自旋弛豫时间随注入能量、剂量、退火温度和表面处理的变化关系。为追踪损伤和表面相关自旋缺陷的存在,我们通过双电子-电子共振和交叉弛豫谱对 NV 中心进行原位电子自旋共振谱学测量。我们发现,在所考虑的能量($4-30$~keV)和剂量($5\times10^{11}-10^{13}$~ions/cm$^2$)范围内,NV 自旋性质主要由剂量通过残余注入诱导的顺磁缺陷主导,但由此产生的磁灵敏度基本上与剂量和能量均无关。接着我们表明,在 $\geq1100^\circ$C 的高温退火下磁灵敏度得到显著改善。此外,除自旋弛豫时间急剧下降外,自旋性质不受氧退火显著影响。最后,通过核磁共振测量确定了平均 NV 深度,在 4-6 keV 注入能量下为 $\approx10$-17~nm。本研究为创建用于高灵敏度传感与成像应用的致密近表面 NV 中心层的最佳条件提供了启示。