論文の概要: P1 center electron spin clusters are prevalent in type Ib diamond
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2311.05396v1
- Date: Thu, 9 Nov 2023 14:26:33 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-11-10 15:03:37.484506
- Title: P1 center electron spin clusters are prevalent in type Ib diamond
- Title（参考訳）: P1中心電子スピンクラスターはIb型ダイヤモンド中に存在する
- Authors: Santiago Bussandri, Daphna Shimon, Asif Equbal, Yuhang Ren, Susumu
Takahashi, Chandrasekhar Ramanathan, Songi Han
- Abstract要約: 我々は、動的核偏極(DNP)とパルス電子常磁性共鳴(EPR)技術を用いてP1中心を研究する。
P1中心はDNP量子センシングの偏極源となり、NV中心の緩和に重要な役割を果たしている。
既存の溶液NMRシステムへの直接的な修正によって実現可能な高磁場における室温13ドルC DNPは,ダイヤモンド欠陥の評価と制御のための強力なツールである。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.18531599702807572
- License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
- Abstract: Understanding the spatial distribution of P1 centers is crucial for
diamond-based sensors and quantum devices. P1 centers serve as a polarization
source for DNP quantum sensing and play a significant role in the relaxation of
NV centers. Additionally, the distribution of NV centers correlates with the
distribution of P1 centers, as NV centers are formed through the conversion of
P1 centers. We utilized dynamic nuclear polarization (DNP) and pulsed electron
paramagnetic resonance (EPR) techniques that revealed strong clustering of a
significant population of P1 centers that exhibit exchange coupling and produce
asymmetric lineshapes. The $^{13}$C DNP frequency profile at high magnetic
field revealed a pattern that requires an asymmetric EPR lineshape of the P1
clusters with electron-electron (e-e) coupling strengths exceeding the $^{13}$C
nuclear Larmor frequency. EPR and DNP characterization at high magnetic fields
was necessary to resolve energy contributions from different e-e couplings. We
employed a two-frequency pump-probe pulsed Electron Double Resonance (ELDOR)
technique to show crosstalk between the isolated and clustered P1 centers. This
finding implies that the clustered P1 centers affect all P1 populations. Direct
observation of clustered P1 centers and their asymmetric lineshape is a novel
and crucial insight into understanding magnetic noise sources for quantum
information applications of diamonds and for designing diamond-based polarizing
agents with optimized DNP efficiency for $^{13}$C and other nuclear spins of
analytes. We propose that room temperature $^{13}$C DNP at high field,
achievable through straightforward modifications to existing solution-state NMR
systems, is a potent tool for evaluating and controlling diamond defects.
- Abstract（参考訳）: P1中心の空間分布を理解することはダイヤモンドベースのセンサーや量子デバイスにとって重要である。
P1中心はDNP量子センシングの偏極源となり、NV中心の緩和に重要な役割を果たしている。
さらに、NV中心の分布は、P1中心の変換によってNV中心が形成されるため、P1中心の分布と相関する。
動的核偏極 (DNP) とパルス電子常磁性共鳴 (EPR) 技術を用いて, 交換結合を示すP1中心の集団の強いクラスター化と非対称リニアップの生成を明らかにした。
高磁場における$^{13}$C DNP周波数プロファイルは、$^{13}$C核ラーモア周波数を超える電子-電子(e-e)結合強度を持つP1クラスターの非対称EPR線形状を必要とするパターンを明らかにした。
異なる電子-電子カップリングのエネルギー寄与を解くためには,高磁場下でのEPRおよびDNP特性の解明が必要であった。
2つの周波数のポンププローブパルス電子二重共鳴(eldor)技術を用いてp1中心とクラスター中心のクロストークを示した。
この発見は、p1中心が全てのp1集団に影響を及ぼすことを示唆している。
クラスター化されたp1中心とその非対称な直線形状の直接観察は、ダイヤモンドの量子情報応用のための磁気ノイズ源の理解と、$^{13}$cや他の核スピンのdnp効率を最適化したダイヤモンドベースの偏光剤の設計のための重要な洞察である。
既存の溶液NMRシステムに簡単な修正を加えることで実現可能な高磁場における室温$^{13}$C DNPは、ダイヤモンド欠陥を評価し制御するための強力なツールである。
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