論文の概要: Scalable, nanoscale positioning of highly coherent color centers in prefabricated diamond nanostructures

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2502.01198v1
• Date: Mon, 03 Feb 2025 09:45:13 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-02-05 14:56:26.109592
• Title: Scalable, nanoscale positioning of highly coherent color centers in prefabricated diamond nanostructures
• Title（参考訳）: プレハブダイヤモンドナノ構造における高コヒーレント色中心のスケーラブル・ナノスケール位置決め
• Authors: Sunghoon Kim, Paz London, Daipeng Yang, Lillian Hughes, Jeffrey Ahlers, Simon Meynell, William Mitchell, Kunal Mukherjee, Ania C. Bleszynski Jayich,
• Abstract要約: 高収率のプレハブナノ構造において, ナノスケールの3次元局在を伴う高コヒーレントダイヤモンド窒素空洞(NV)を創出する。 我々の高収率欠陥生成手法は、固体欠陥センサとプロセッサのスケーラブルな生産を可能にする。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.6984041732849825
• License:
• Abstract: Nanophotonic devices in color center-containing hosts provide efficient readout, control, and entanglement of the embedded emitters. Yet control over color center formation - in number, position, and coherence - in nanophotonic devices remains a challenge to scalability. Here, we report a controlled creation of highly coherent diamond nitrogen-vacancy (NV) centers with nanoscale three-dimensional localization in prefabricated nanostructures with high yield. Combining nitrogen $\delta$-doping during chemical vapor deposition diamond growth and localized electron irradiation, we form shallow NVs registered to the center of diamond nanopillars with wide tunability over NV number. We report positioning precision of ~ 4 nm in depth and 46(1) nm laterally in pillars (102(2) nm in bulk diamond). We reliably form single NV centers with long spin coherence times (average $T_2^{Hahn}$ = 98 $\mu s$) and 1.8x higher average photoluminescence compared to NV centers randomly positioned in pillars. We achieve a 3x improved yield of NV centers with single electron-spin sensitivity over conventional implantation-based methods. Our high-yield defect creation method will enable scalable production of solid-state defect sensors and processors.
• Abstract（参考訳）: カラーセンターを含むホスト内のナノフォトニックデバイスは、埋め込みエミッタの効率的な読み出し、制御、絡み合いを提供する。 しかし、ナノフォトニクスデバイスにおける色中心の形成 - 数、位置、コヒーレンス - の制御は、スケーラビリティの課題である。 本稿では,高収率のプレハブナノ構造において,ナノスケールの3次元局在を伴う高コヒーレントダイヤモンド窒素空孔(NV)中心の制御された生成を報告する。 化学気相沈着ダイヤモンド成長と局在電子照射の間に窒素$$\delta$-dopingを組み合わせ、NV数より広い調整性を持つダイヤモンドナノピラーの中心に登録された浅いNVを形成する。 縦横方向に46(1)nm(バルクダイアモンドでは102(2)nm)の位置決め精度について報告する。 我々は、長いスピンコヒーレンス時間(平均$T_2^{Hahn}$ = 98$\mu s$)を持つ単一のNV中心を確実に形成する。 従来の移植法に比べて, 単一電子スピン感度でNV中心の収率を3倍に向上させる。 我々の高収率欠陥生成手法は、固体欠陥センサとプロセッサのスケーラブルな生産を可能にする。

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