金刚石中NV中心深度依赖相干时间的表面粗糙度噪声分析及综合噪声效应

噪声是金刚石中氮空位（NV）中心的有害问题，会导致谱线增宽并降低相干时间（T2）。继我们此前的电场与磁场噪声工作之后，我们研究了由金刚石表面粗糙度引起的噪声，它是电荷密度涨落与非相干光子散射的来源。我们发现，变化的表面电荷密度噪声源在整个NV动力学解耦频率范围内都普遍存在，而光子散射噪声几乎可忽略。接下来，我们结合多种噪声源的结果，对T2及其随NV深度的变化进行综合分分析。在氢终止或氟终止表面下方给定5 nm的NV深度处，我们发现这些磁核对NV相干时间的影响最大，其次是表面电场噪声源。与变化的电荷密度、电偶极子和表面杂质噪声相比，光子散射和体磁磁场噪声对T2的影响较弱。然而，在氧表面终止情况下，表面电场噪声变得与表面磁场噪声相当。我们计算的T2,Hahn值（几微秒至十微秒）与别处报道的实验值吻合良好。最后，我们计算了用于外部核自旋NV交流磁测量的预期信噪比（SNR）。在我们简化的评估中，某些深度依赖参数（如NV转换效率）保持恒定，我们发现较浅的NV层应产生最佳SNR，这与实验发现一致。