論文の概要: Sulfur in diamond and its effect on the creation of nitrogen-vacancy defect from \textit{ab initio} simulations

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.16310v2
• Date: Wed, 12 Feb 2025 22:28:32 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-02-14 13:44:35.631636
• Title: Sulfur in diamond and its effect on the creation of nitrogen-vacancy defect from \textit{ab initio} simulations
• Title（参考訳）: ダイヤモンド中の硫黄と \textit{ab initio} シミュレーションによる窒素空孔欠陥の生成への影響
• Authors: Nima Ghafari Cherati, Anton Pershin, Ádám Gali,
• Abstract要約: 負電荷窒素空孔(NV)中心はダイヤモンドの最も重要で広く研究されている欠陥の1つである。 近年の研究では、ドープダイヤモンド層に窒素分子イオンを注入することにより、NV中心の生成と活性化効率が向上することが報告されている。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: The negatively charged nitrogen-vacancy (NV) center is one of the most significant and widely studied defects in diamond that plays a prominent role in quantum technologies. The precise engineering of the location and concentration of NV centers is of great importance in quantum technology applications. To this end, irradiation techniques such as nitrogen-molecule ion implantation are applied. Recent studies have reported enhanced NV center creation and activation efficiencies introduced by nitrogen molecule ion implantation in doped diamond layers, where the maximum creation efficiency at $\sim75$\% has been achieved in sulfur-doped layers. However, the microscopic mechanisms behind these observations and the limits of the efficiencies are far from understood. In this study, we employ hybrid density functional theory calculations to compute the formation energies, charge transition levels, and the magneto-optical properties of various sulfur defects in diamond where we also consider the interaction of sulfur and hydrogen in chemical vapor-deposited diamond layers. Our results imply that the competition between the donor substitutional sulfur and the hyper-deep acceptor sulfur-vacancy complex is an important limiting factor on the creation efficiency of the NV center in diamond. However, both species are able to trap interstitial hydrogen from diamond, which favorably mediates the creation of NV centers in chemical vapor-deposited diamond layers.
• Abstract（参考訳）: 負電荷窒素空孔(NV)中心は、量子技術において顕著な役割を果たしているダイヤモンドの最も重要かつ広く研究されている欠陥の1つである。 NV中心の位置と濃度の正確なエンジニアリングは、量子技術応用において非常に重要である。 この目的のために、窒素-分子イオン注入などの照射技術を適用した。 近年の研究では、窒素分子イオン注入によるNV中心生成と活性化効率の向上が報告されており、硫黄添加層では最大生成効率$\sim75$\%が達成されている。 しかし、これらの観測の背後にある微視的なメカニズムと効率の限界は理解できない。 本研究では, 化学蒸着ダイヤモンド層における硫黄と水素の相互作用も考慮し, ダイヤモンド中の硫黄欠陥の形成エネルギー, 電荷転移レベル, 磁気光学特性の計算にハイブリッド密度汎関数理論を用いた。 以上の結果から, ダイヤモンド中のNV中心の生成効率には, ドナー置換硫黄と超深層レセプター硫黄空孔複合体との競合が重要な制限因子であることが示唆された。 しかし、両種とも間質水素をダイヤモンドからトラップすることができ、化学蒸着ダイヤモンド層におけるNV中心の創出を好んで仲介することができる。

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