面向 NV 中心 Diamond 表面诱导相互作用的理解

Jonah Nagura; Mykyta Onizhuk; Giulia Galli

面向 NV 中心 Diamond 表面诱导相互作用的理解

量子物理 2025-12-12 v1 介观与纳米尺度物理材料科学

作者: Jonah Nagura , Mykyta Onizhuk , Giulia Galli

摘要

靠近 diamond 表面的氮空位中心（NV）是有前景的纳米量子传感器，但其相互作用性质受到磁场和电场表面噪声的负面影响，这些噪声的来源及详细影响仍不为人知。我们利用基于密度泛函理论导出的 diamond 表面原子模型，结合聚类相关展开方法进行相互作用时间计算，量化了表面晶体学取向、功能化以及未配对电子密度对 NV 氏氏共振时间 $T_2$ 的影响。我们确定了一个临界深度，在此深度之后， $T_2$ 不再受表面核自旋限制，而恢复到 bulk 限制值。我们发现对于静止的表面电子浴，NV 深度与表面电子自旋间距之比决定了从快速波动到准静态噪声的转变，导致 $T_2$ 随特定表面取向而变化。我们还发现，spin-phonon 相互作用的调制导致亚微秒relaxation时间内出现运动压缩。重要的是，我们的计算表明，仅当考虑表面自旋的序列内跳跃时，所测量的 $T_2$ 深度依赖曲线才能被复现，从而凸显了考虑跳跃中介模型以描述影响 NV 传感器的表面自旋噪声的重要性。总体而言，本工作为实现 NV 相互作用性增强的工程化 diamond 表面提供了明确指导方针，适用于量子感知与信息处理应用。

关键词

NV 中心表面噪声相互作用氏氏共振时间 spin-phonon 耦合

引用

@article{arxiv.2512.10726,
  title  = {Understanding Surface-Induced Decoherence of NV Centers in Diamond},
  author = {Jonah Nagura and Mykyta Onizhuk and Giulia Galli},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2512.10726},
  year   = {2025}
}

备注

Main text 10 pages, 7 figures

面向 NV 中心 Diamond 表面诱导相互作用的理解

摘要

关键词

引用

备注

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