論文の概要: Creation of NV centers in diamond under 155 MeV electron irradiation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2305.15009v1
- Date: Wed, 24 May 2023 10:48:47 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-05-25 16:56:19.436349
- Title: Creation of NV centers in diamond under 155 MeV electron irradiation
- Title（参考訳）: 155MeV電子照射によるダイヤモンド中のNV中心の生成
- Authors: Elena Losero, Valentin Goblot, Yuchun Zhu, Hossein Babashah, Victor
Boureau, Florian Burkart, and Christophe Galland
- Abstract要約: 負電荷窒素空孔中心(NV-)の濃度が高い単結晶ダイヤモンド基板は固体センサの需要が高い。
本研究では、155MeVの超高エネルギー電子を含む未発見状態における電子照射の効果について検討する。
- 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-crystal diamond substrates presenting a high concentration of
negatively charged nitrogen-vacancy centers (NV-) are on high demand for the
development of optically pumped solid-state sensors such as magnetometers,
thermometers or electrometers. While nitrogen impurities can be easily
incorporated during crystal growth, the creation of vacancies requires further
treatment. Electron irradiation and annealing is often chosen in this context,
offering advantages with respect to irradiation by heavier particles that
negatively affect the crystal lattice structure and consequently the NV-
optical and spin properties. A thorough investigation of electron irradiation
possibilities is needed to optimize the process and improve the sensitivity of
NV-based sensors. In this work we examine the effect of electron irradiation in
a previously unexplored regime: extremely high energy electrons, at 155 MeV. We
develop a simulation model to estimate the concentration of created vacancies
and experimentally demonstrate an increase of NV- concentration by more than 3
orders of magnitude following irradiation of a nitrogen-rich HPHT diamond over
a very large sample volume, which translates into an important gain in
sensitivity. Moreover, we discuss the impact of electron irradiation in this
peculiar regime on other figures of merits relevant for NV sensing, i.e. charge
state conversion efficiency and spin relaxation time. Finally, the effect of
extremely high energy irradiation is compared with the more conventional low
energy irradiation process, employing 200 keV electrons from a transmission
electron microscope, for different substrates and irradiation fluences,
evidencing sixty-fold higher yield of vacancy creation per electron at 155 MeV.
- Abstract（参考訳）: 負電荷窒素空孔中心(NV-)の高濃度を示す単結晶ダイヤモンド基板は、磁気センサ、温度計、電気計などの光ポンピング固体センサの開発に需要が高まっている。
窒素不純物は結晶成長中に容易に組み込むことができるが、空孔の生成にはさらなる処理が必要である。
電子照射とアニーリングは、しばしばこの文脈で選択され、結晶格子構造やnv光学およびスピン特性に負の影響を及ぼす重い粒子による照射の利点を提供する。
プロセスの最適化とNVセンサの感度向上には、電子照射の可能性の徹底的な調査が必要である。
本研究では、155MeVの超高エネルギー電子を含む未発見状態における電子照射の効果について検討する。
生成空孔の濃度を推定するシミュレーションモデルを開発し,窒素富裕HPHTダイヤモンドを非常に大きな試料容積に照射したことにより,NV-濃度が3桁以上増加することを実験的に示す。
さらに、この特異な状態における電子照射が、NVセンシング、すなわち電荷状態変換効率およびスピン緩和時間に関連する他の特徴量に与える影響について論じる。
最後に、超高エネルギー照射の効果を従来の低エネルギー照射法と比較し、透過電子顕微鏡から200keVの電子を異なる基板と照射流束に利用し、155MeVで1電子あたりの空孔生成の60倍の収率を与える。
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