論文の概要: Proximal nitrogen reduces the fluorescence quantum yield of
nitrogen-vacancy centres in diamond
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2112.07260v1
- Date: Tue, 14 Dec 2021 09:48:42 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-03-04 14:21:52.680354
- Title: Proximal nitrogen reduces the fluorescence quantum yield of
nitrogen-vacancy centres in diamond
- Title（参考訳）: 近位窒素はダイヤモンド中の窒素空孔中心の蛍光量子収率を減少させる
- Authors: Marco Capelli, Lukas Lindner, Tingpeng Luo, Jan Jeske, Hiroshi Abe,
Shinobu Onoda, Takeshi Ohshima, Brett Johnson, David A. Simpson, Alastair
Stacey, Philipp Reineck, Brant C. Gibson, Andrew D. Greentree
- Abstract要約: ダイヤモンドの窒素空色中心は、最も重要な固体量子系の1つである。
窒素空孔中心の密度の高いダイヤモンド試料は、単一のバッチで顕著に明るさのレベルが変化する。
その結果, 近隣の窒素不純物は非放射性遷移によって窒素空孔中心のクレンチを放出し, 蛍光量子収率を低下させることがわかった。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.2891595941660465
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The nitrogen-vacancy colour centre in diamond is emerging as one of the most
important solid-state quantum systems. It has applications to fields including
high-precision sensing, quantum computing, single photon communication,
metrology, nanoscale magnetic imaging and biosensing. For all of these
applications, a high quantum yield of emitted photons is desirable. However,
diamond samples engineered to have high densities of nitrogen-vacancy centres
show levels of brightness varying significantly within single batches, or even
within the same sample. Here we show that nearby nitrogen impurities quench
emission of nitrogen-vacancy centres via non-radiative transitions, resulting
in a reduced fluorescence quantum yield. We monitored the emission properties
of nitrogen-vacancy centre ensembles from synthetic diamond samples with
different concentrations of nitrogen impurities. While at low nitrogen
densities of 1.81 ppm we measured a lifetime of 13.9 ns, we observed a strong
reduction in lifetime with increasing nitrogen density. We measure a lifetime
as low as 4.4 ns at a nitrogen density of 380 ppm. The change in lifetime
matches a reduction in relative fluorescence quantum yield from 77.4 % to 32 %
with an increase in nitrogen density from 88 ppm to 380 ppm, respectively.
These results will inform the conditions required to optimise the properties of
diamond crystals devices based on the fluorescence of nitrogen-vacancy centres.
Furthermore, this work provides insights into the origin of inhomogeneities
observed in high-density nitrogen-vacancy ensembles within diamonds and
nanodiamonds.
- Abstract（参考訳）: ダイヤモンドの窒素空白色中心は、最も重要な固体量子系の1つである。
高精度センシング、量子コンピューティング、単一光子通信、メトロジー、ナノスケール磁気イメージング、バイオセンシングなどの分野への応用がある。
これら全ての用途において、放出された光子の高い量子収率が望ましい。
しかし、窒素空洞濃度の高いダイヤモンド試料は、単一のバッチ内でも、同じサンプル内でも顕著に明るさのレベルが変化する。
ここでは, 近隣の窒素不純物は非放射性遷移により窒素空孔中心のクエンチ放出し, 蛍光量子収率を低下させることを示した。
窒素不純物濃度の異なる合成ダイヤモンド試料からの窒素空孔中心アンサンブルの発光特性をモニタリングした。
低窒素密度の1.81 ppmでは、寿命は13.9 nsであったが、窒素密度の増大とともに寿命が大幅に低下した。
我々は窒素密度380 ppmで4.4 nsの寿命を測定する。
寿命の変化は、相対蛍光量子収率の77.4 %から32 %への減少と、それぞれ88 ppmから380 ppmまでの窒素密度の増加と一致する。
これらの結果は、窒素空孔中心の蛍光に基づいてダイヤモンド結晶素子の特性を最適化するために必要な条件を知らせる。
さらに, ダイヤモンドやナノダイヤモンド中の高密度窒素空洞アンサンブルに見られる不均一性の起源について考察する。
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