六方氮化硼中硼空位中心的自旋-声子耦合的温度依赖性

六方氮化硼（hBN）中的带负电硼空位中心（$\mathrm{V}_{\mathrm{B}}^-$）最近成为一种极具前景的量子传感器。与金刚石中的氮空位（NV）中心相比，$\mathrm{V}_{\mathrm{B}}^-$的自旋跃迁能量随温度的变化大一个数量级以上，使其成为具有优异灵敏度的潜在纳米级温度计。然而，观察到的较大温度依赖性的潜在机制仍然是一个悬而未决的问题。在这项工作中，我们使用同位素纯化的$\mathrm{h}{}^{10}\mathrm{B}{}^{15}\mathrm{N}$，系统地表征了$\mathrm{V}_{\mathrm{B}}^-$在10至350 K范围内的零场分裂、超精细相互作用和自旋弛豫时间。我们进行了$\mathrm{V}_{\mathrm{B}}^-$自旋-声子相互作用的第一性原理计算，并表明有限温度声子激发的二阶效应是实验中观察到的变化的原因。通过将我们的实验结果拟合到一个物理动机模型，我们提取了主要的声子模式，这与我们的模拟结果吻合良好。最后，我们研究了低温下的动态核自旋极化过程。我们的结果为$\mathrm{V}_{\mathrm{B}}^-$中心及其作为纳米级温度计和声子传感器的应用提供了关键见解。