${}^{14}\mathrm{NV}$ 与 ${}^{15}\mathrm{NV}$ 基态能级的温度敏感性

我们在 77 K 至 400 K 温度范围内,测量了金刚石中氮空位(NV)中心两种氮同位素(${}^{14}\mathrm{NV}$ 和 ${}^{15}\mathrm{NV}$)基态的电子与核自旋跃迁频率。测量采用拉姆齐干涉术以及对核与电子自旋的直接光学读出。我们提取了两种同位素的耦合参数 $Q$(仅 ${}^{14}\mathrm{NV}$)、$D$、$A_{||}$、$A_{\perp}$、$\gamma_e/\gamma_n$ 及其温度依赖性。发现近室温下 $m_s = 0$ 自旋流形内核自旋跃迁的温度依赖性为:${}^{14}\mathrm{NV}$($|m_I=-1\rangle \leftrightarrow |m_I=+1\rangle$)为 +0.52(1) ppm/K,${}^{15}\mathrm{NV}$($|m_I=-1/2\rangle \leftrightarrow |m_I=+1/2\rangle$)为 -1.1(1) ppm/K。测得 ${}^{14}\mathrm{NV}$ 与 ${}^{15}\mathrm{NV}$ 间零场分裂参数 $D$ 的同位素位移约为 120 kHz。观察到残余横向磁场会使核自旋跃迁频率发生偏移,尤其对 ${}^{15}\mathrm{NV}$ 明显。我们精确确定了与开发对环境因子敏感性大幅降低的核自旋基金刚石量子传感器相关的一组参数。