論文の概要: Direct Measurement of the Singlet Lifetime and Photoexcitation Behavior of the Boron Vacancy Center in Hexagonal Boron Nitride

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.05289v1
• Date: Mon, 07 Apr 2025 17:42:43 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-04-08 14:10:38.649202
• Title: Direct Measurement of the Singlet Lifetime and Photoexcitation Behavior of the Boron Vacancy Center in Hexagonal Boron Nitride
• Title（参考訳）: 六方晶窒化ホウ素中におけるホウ素空孔中心の単結晶寿命と光励起挙動の直接測定
• Authors: Richard A. Escalante, Andrew J. Beling, Niko Reed, Justin Welter, John Blanchard, Daniel G. Ang, Cecilia Campos, Edwin Coronel, Klaus Krambrock, Alexander S. Leal, Paras N. Prasad, Ronald L. Walsworth,
• Abstract要約: ファンデルワールス(vdW)の電子スピン欠陥は量子センシングのための有望なプラットフォームを提供する。 ここでは, 時間分解発光(PL)測定とナノ秒ライジング時間 nm レーザーを用いて, 中性子照射によるhBNのサブミクロンサイズフレーク中の$V_B$アンサンブルの単一状態寿命を決定する。 我々は、単一サブミクロンhBNフレークにおける$V-_B$アンサンブルの熱および光偏光電子スピン分布のPLダイナミクスを探索し、その結果に適合する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 31.114245664719455
• License:
• Abstract: Optically active electronic spin defects in van der Waals (vdW) materials provide a promising platform for quantum sensing, as they can enable shorter standoff distances compared to defects in diamond, leading to sensitivity advantages. Perhaps the most studied defect in a vdW material is the negatively charged boron vacancy center ($V^{-}_{B}$) in hexagonal boron nitride (hBN). However, many of the $V^{-}_{B}$ electronic and spin transition rates and branching ratios are not fully known. Here, we use time-resolved photoluminescence (PL) measurements with a nanosecond rise-time 515 nm laser to determine directly the singlet state lifetime of a $V^{-}_{B}$ ensemble in neutron-irradiated, sub-micron-size flakes of hBN. We perform this measurement on 16 different hBN flakes at room temperature and obtain an average lifetime of 15(3) ns. Additionally, we probe the PL dynamics of thermal and optically polarized electronic spin distributions of the $V^{-}_{B}$ ensemble in a single sub-micron hBN flake, and fit our results to a 9-level model to extract the electronic transition rates. Lastly, we present PL measurements that potentially indicate optically-induced conversion of $V^{-}_{B}$ to another electronic state, or possibly the neutral charge state (V$^{0}_{B}$), in neutron-irradiated hBN flakes of size $>$ 1 $\mu$m.
• Abstract（参考訳）: ファンデルワールス(vdW)材料における光学活性電子スピン欠陥は、ダイヤモンドの欠陥よりも短い待機距離を可能にするため、量子センシングのための有望なプラットフォームを提供する。 おそらく、vdW物質の最も研究された欠陥は、六方晶窒化ホウ素(hBN)の負電荷のホウ素空孔中心(V^{-}_{B}$)である。 しかしながら、V^{-}_{B}$の電子およびスピン遷移率と分岐比の多くは、完全には分かっていない。 ここでは, ナノ秒ライジング時間515 nmレーザーを用いた時間分解フォトルミネッセンス(PL)測定を行い, 中性子照射によるhBNのサブミクロンサイズのフランキにおける$V^{-}_{B}$アンサンブルの単一状態寿命を直接決定する。 室温で16種類のhBNフレークを用いて測定を行い,平均寿命15(3)nsを得た。 さらに、V^{-}_{B}$アンサンブルの熱および光偏光電子スピン分布のPLダイナミクスを1つのサブミクロンhBNフレークで探索し、その結果を9レベルモデルに適合させて電子遷移率を抽出する。 最後に、中性子照射したhBN flakes of size $> 1 $\mu$m において、光学的に誘起される $V^{-}_{B}$ の別の電子状態への変換、あるいは中性電荷状態 (V$^{0}_{B}$) を示す PL 測定について述べる。

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