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高温高压合成金刚石中经高注量电子束辐照的空位介导氮扩散与聚集

材料科学 2026-06-26 v1
作者: Chikara Shinei , Yuta Masuyama , Jun Chen , Hiroshi. Abe , Masashi Miyakawa , Takashi Taniguchi , Takeshi Ohshima , Tokuyuki Teraji
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摘要

金刚石中带负电氮空位(NV-)中心是极具前景的高灵敏度量子传感点缺陷。形成高密度 NV- 中心对提升灵敏度至关重要。我们对氮掺杂高温高压金刚石晶体进行室温电子束辐照(EBI)与退火,以将替代位氮转化为 NV 中心。在 EBI 低注量区,中性替代位氮(Ns0)浓度下降,NV0 与 NV- 中心浓度随 EBI 注量增加而上升。Ns0 浓度下降量与 NV 中心总浓度上升量相当;因此,Ns0 向 NV0 与 NV- 中心的转化是主导缺陷形成过程。在高注量区,NV0 与 NV- 中心以及 Ns0 与 Ns+ 浓度随 EBI 注量增加而下降,表明形成了未知氮相关缺陷如 H3 中心(一种氮与空位聚集缺陷)。尽管高 EBI 注量下观察到 H3 中心,其形成退火温度为 1375 ± 25 摄氏度,低于通常报道的 1600 摄氏度以上。我们将此低温形成归因于空位介导的氮扩散与聚集。

关键词

NV 中心 金刚石 电子束辐照 空位介导扩散 氮聚集 H3 中心

引用

@article{arxiv.2606.27723,
  title  = {Vacancy-mediated nitrogen diffusion and aggregation via high-fluence electron beam irradiation in HPHT synthesized diamond crystal},
  author = {Chikara Shinei and Yuta Masuyama and Jun Chen and Hiroshi. Abe and Masashi Miyakawa and Takashi Taniguchi and Takeshi Ohshima and Tokuyuki Teraji},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2606.27723},
  year   = {2026}
}