論文の概要: Designing Optically Addressable Nitrogen-Vacancy Centers in Ultra-Small Nanodiamonds: Insights from First-Principles Calculations

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.01976v1
• Date: Mon, 02 Dec 2024 21:09:15 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-12-04 15:40:41.548601
• Title: Designing Optically Addressable Nitrogen-Vacancy Centers in Ultra-Small Nanodiamonds: Insights from First-Principles Calculations
• Title（参考訳）: 超小型ナノダイヤモンドにおける光対応型窒素空洞の設計-第一原理計算からの考察-
• Authors: Arpan Kundu, Francesco Martinelli, Giulia Galli,
• Abstract要約: 超小型ナノダイヤモンド(USND)における色中心の第1原理電子構造計算について述べる。 ナノ粒子がフッ素, ヒドロキシル, エーテルによって停止した場合, 窒素空孔 (NV-) は負の電荷状態で安定化できることがわかった。 興味深いことに、配列中の単一粒子エネルギーレベルのフォノン再正規化は負電荷のNV中心の電荷安定性に寄与する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License:
• Abstract: Ultrasmall nanodiamonds (USNDs) are promising platforms for fluorescent and quantum sensing applications. Here we present first-principles electronic structure calculations of color centers in USNDs, specifically the nitrogen-vacancy (NV-) and we investigate their optical addressability as a function of the surface termination. We consider both isolated nanoparticles and arrays of USNDs with different degrees of packing, and we include quantum vibronic effects in our analysis, using stochastic methods. We find that the NV in USNDs can be stabilized in a negative charge state if the nanoparticles are terminated by fluorine, hydroxyl, and ether. While fluorine terminations can be used for fluorescent bio-tags, we suggest that hydroxyl and ether terminations are beneficial for quantum sensing applications. We also find that the NV- can be stabilized in arrays of USNDs when inter-particle separations are larger than the diameter of the nanoparticle. Interestingly, the phonon renormalizations of single-particle energy levels found in arrays contribute to the charge stability of negatively charged NV centers.
• Abstract（参考訳）: 超小型ナノダイアモンド (USND) は蛍光および量子センシングの分野で有望なプラットフォームである。 本稿では,USNDにおける色中心,特に窒素空孔(NV-)の電子構造を第一原理で計算し,表面終端の関数としての光アドレス性について検討する。 我々は, 分離ナノ粒子と, 充填度の異なるUSNDの配列の両方を考慮し, 確率的手法を用いて, 解析に量子ビブロニック効果を含む。 ナノ粒子がフッ素, ヒドロキシル, エーテルによって停止した場合, USNDのNVは負の電荷状態で安定化できることがわかった。 蛍光バイオタグにはフッ素の用語が用いられるが, ヒドロキシルおよびエーテルの用語は量子センシングに有用であることが示唆された。 また、粒子間分離がナノ粒子の直径よりも大きい場合、NV-はUSNDの配列で安定化できることがわかった。 興味深いことに、配列中の単一粒子エネルギーレベルのフォノン再正規化は負電荷のNV中心の電荷安定性に寄与する。

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