迈向金刚石中氦辐照激活氮空位中心的优化表面$\delta$分布

金刚石中带负电的氮空位（NV）中心最近已被证明是外自旋的优秀传感器。然而，其在近表面区域的最佳工程化仍需要关于热退火过程中通过空位捕获激活的定量认识。为此，我们通过具有纳米分辨率的步进刻蚀报告了近表面氦诱导NV中心（及相关氦缺陷）的深度分布。这提供了对与NV中心形成同时发生的空位扩散和复合路径效率的见解。研究发现，NV中心有效形成的范围仅限于辐照氦原子初始离子径迹周围约$10$至$15\,$nm（半径）。利用此信息，我们展示了基于三步法制造用于金刚石表面传感外自旋的纳米薄（$\delta$）NV中心分布，该方法包括(i)氮掺杂外延CVD金刚石过度生长，(ii)通过低能氦辐照和热退火激活NV中心，以及(iii)通过低损伤等离子体刻蚀控制层减薄。在小于$5\,$nm深度处（材料含$1.1\,\%$的$^{13}$C，深度由自旋弛豫（T$_1$）测量估计）展示了高达$50\,$ $\mu$s的自旋相干时间（Hahn echo）。最后，还实验研究了高离子注量下氦辐照技术的极限。