論文の概要: Detecting nitrogen-vacancy-hydrogen centers on the nanoscale using nitrogen-vacancy centers in diamond

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2311.18624v1
• Date: Thu, 30 Nov 2023 15:30:36 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2023-12-01 16:10:12.741330
• Title: Detecting nitrogen-vacancy-hydrogen centers on the nanoscale using nitrogen-vacancy centers in diamond
• Title（参考訳）: ダイヤモンド中の窒素空孔中心を用いたナノスケール窒素空孔水素中心の検出
• Authors: Christoph Findler (1 and 2), R\'emi Blinder (1), Karolina Sch\"ule (1), Priyadharshini Balasubramanian (1), Christian Osterkamp (1 and 2) and Fedor Jelezko (1) ((1) Institute for Quantum Optics, Ulm University, Germany (2) Diatope GmbH, Ummendorf, Germany)
• Abstract要約: 窒素空孔-水素複合体(NVH)は、窒素空孔(NV)の欠陥を1桁以上の大きさで上回り、密度の高いスピン浴を生成する。 スピン浴のモニタリングと制御は、量子応用のための高NV濃度のダイヤモンド材料の製造と理解に不可欠である。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: In diamond, nitrogen defects like the substitutional nitrogen defect (Ns) or the nitrogen-vacancy-hydrogen complex (NVH) outnumber the nitrogen vacancy (NV) defect by at least one order of magnitude creating a dense spin bath. While neutral Ns has an impact on the coherence of the NV spin state, the atomic structure of NVH reminds of a NV center decorated with a hydrogen atom. As a consequence, the formation of NVH centers could compete with that of NV centers possibly lowering the N-to-NV conversion efficiency in diamond grown with hydrogen-plasma-assisted chemical vapor deposition (CVD). Therefore, monitoring and controlling the spin bath is essential to produce and understand engineered diamond material with high NV concentrations for quantum applications. While the incorporation of Ns in diamond has been investigated on the nano- and mesoscale for years, studies concerning the influence of CVD parameters and the crystal orientation on the NVH formation have been restricted to bulk N-doped diamond providing high-enough spin numbers for electron paramagnetic resonance and optical absorption spectroscopy techniques. Here, we investigate sub-micron-thick (100)-diamond layers with nitrogen contents of (13.8 +- 1.6) ppm and (16.7 +- 3.6) ppm, and exploiting the NV centers in the layers as local nano-sensors, we demonstrate the detection of NVH- centers using double-electron-electron-resonance (DEER). To determine the NVH- densities, we quantitatively fit the hyperfine structure of NVH- and confirm the results with the DEER method usually used for determining Ns0 densities. With our experiments, we access the spin bath composition on the nanoscale and enable a fast feedback-loop in CVD recipe optimization with thin diamond layers instead of resource- and time-intensive bulk crystals.
• Abstract（参考訳）: ダイヤモンドでは、置換窒素欠陥 (Ns) や窒素空孔-水素複合体 (NVH) のような窒素欠陥が窒素空孔欠陥 (NV) を1桁以上上回り、密度の高いスピン浴を生成する。 中性NsはNVスピン状態のコヒーレンスに影響を及ぼすが、NVHの原子構造は水素原子で装飾されたNV中心を思い出させる。 その結果、NVH中心の形成は、水素プラズマ支援化学気相蒸着(CVD)で成長したダイヤモンドのN-to-NV変換効率を低下させる可能性がある。 したがって、スピン浴の監視と制御は、量子応用のために高いNV濃度のダイヤモンド材料を製造し、理解するために不可欠である。 ダイヤモンド中のNsの取り込みは、ナノスケールとメソスケールで長年研究されてきたが、CVDパラメータと結晶配向がNVH形成に与える影響についての研究は、電子常磁性共鳴および光吸収分光法のために高いスピン数を与えるバルクNドープダイヤモンドに限られている。 そこで,13.8+-1.6)ppmおよび16.7+-3.6ppmの窒素含有量を有するサブミクロン(100)ダイヤモンド層を調査し,nv中心を局所ナノセンサとして活用し,二重電子電子共鳴(deer)を用いたnvh中心の検出を実証した。 NVH-の密度を決定するために、NVH-の超微細構造を定量的に適合させ、通常Ns0密度を決定するために使用されるDEER法で結果を確認する。 実験により,ナノスケールのスピン浴組成にアクセスし,資源および時間集約バルク結晶の代わりに薄いダイヤモンド層を用いたCVD合成の高速フィードバックループを可能にする。

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