論文の概要: Rapid determination of single substitutional nitrogen N$_s^0$
concentration in diamond from UV-Vis spectroscopy
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2207.14278v2
- Date: Tue, 2 Aug 2022 10:35:43 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-03 04:52:17.902697
- Title: Rapid determination of single substitutional nitrogen N$_s^0$
concentration in diamond from UV-Vis spectroscopy
- Title（参考訳）: UV-Vis分光法によるダイヤモンド中の一置換窒素N$_s^0$の迅速定量
- Authors: T. Luo, L. Lindner, R. Blinder, M. Capelli, J. Langer, V. Cimalla, F.
A. Hahl, X. Vidal, and J. Jeske
- Abstract要約: 単置換窒素原子 N$_s0$ はダイヤモンド中の窒素空孔中心を作るための前提条件である。
ここでは、紫外可視域の吸収分光に基づいて、N$_s0$濃度を決定する方法を提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Single substitutional nitrogen atoms N$_s^0$ are the prerequisite to create
nitrogen-vacancy (NV) centers in diamonds. They serve as the electron donors to
create the desired NV$^-$ center, provide charge stability against
photo-ionisation, but also are the main source of decoherence. Therefore,
precise and quick determination of N$_s^0$ concentration is a key advantage to
a multitude of NV-related research in terms of material improvement as well as
applications. Here we present a method to determine the N$_s^0$ concentration
based on absorption spectroscopy in the UV-Visible range and fitting the 270 nm
absorption band. UV-Visible spectroscopy has experimental simplicity and
widespread availability that bear advantages over established methods. It
allows a rapid determination of N$_s^0$ densities, even for large numbers of
samples. Our method shows further advantages in determining low concentrations
as well as the ability to measure locally, which is highly relevant for
diamonds with largely varying N$_s^0$ concentrations in a single crystal. A
cross-check with electron paramagnetic resonance (EPR) shows high reliability
of our method and yields the absorption cross section of the 270~nm absorption
band, $\sigma=1.96\pm0.15$ cm$^{-1}\cdot$ppm$^{-1}$ (in common logarithm) or
$\sigma_e=4.51\pm0.35$ cm$^{-1}\cdot$ppm$^{-1}$ (in natural logarithm), which
serves as a reference to determine N$_s^0$ concentrations, and makes our method
applicable for others without the need for a known N$_s^0$-reference sample and
calibration. We provide a rapid, practical and replicable pathway that is
independent of the machine used and can be widely implemented as a standard
characterization method for the determination of N$_s^0$ concentrations.
- Abstract（参考訳）: 単一置換窒素原子N$_s^0$は、ダイヤモンド中の窒素空孔(NV)中心を作るための前提条件である。
電子供与体として、所望のNV$^-$中心を作り、光イオン化に対する電荷安定性を提供するが、デコヒーレンスの主源でもある。
したがって、N$_s^0$濃度の精密かつ迅速な決定は、材料改良と応用の観点から、多くのNV関連研究にとって重要な利点である。
本稿では,紫外線可視範囲の吸収スペクトルと270nm吸収帯の適合性に基づいて,n$_s^0$濃度を求める方法を提案する。
UV可視分光法は、確立された方法よりも有利な実験的な単純さと広範な可用性を有する。
大量のサンプルであっても、N$_s^0$密度を迅速に決定することができる。
本手法は, 単結晶中のn$_s^0$濃度の変動が大きいダイヤモンドに対して, 局所的な測定能力だけでなく, 低濃度を決定する上でのさらなる利点を示す。
電子常磁性共鳴(EPR)を用いたクロスチェックでは、この手法の信頼性が高く、270~nm吸収帯の吸収断面積が$\sigma=1.96\pm0.15$cm$^{-1}\cdot$ppm$^{-1}$(共通対数)または$\sigma_e=4.51\pm0.35$cm$^{-1}\cdot$ppm$^{-1}$(自然対数)が示される。
使用する機械とは無関係で、n$_s^0$濃度を判定するための標準キャラクタリゼーションとして広く実装できる迅速かつ実用的でレプリカブルな経路を提供する。
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