論文の概要: Atomic-scale imaging and charge state manipulation of NV centers by scanning tunneling microscopy
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2504.13280v1
- Date: Thu, 17 Apr 2025 18:43:56 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-04-28 20:29:29.978849
- Title: Atomic-scale imaging and charge state manipulation of NV centers by scanning tunneling microscopy
- Title（参考訳）: 走査トンネル顕微鏡によるNV中心の原子スケールイメージングと電荷状態操作
- Authors: Arjun Raghavan, Seokjin Bae, Nazar Delegan, F. Joseph Heremans, Vidya Madhavan,
- Abstract要約: ダイヤモンド中の窒素空孔(NV)中心は、最も有望な固体量子ビット候補の一つである。
この分野では大きな進歩があったが、個々のNV中心の原子スケールの特徴と制御はいまだ解明されていない。
導電性グラフェンキャッピング層を用いたNV-$欠陥の直接イメージングと操作を可能にする新しい手法を提案する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Nitrogen-vacancy (NV) centers in diamond are among the most promising solid-state qubit candidates, owing to their exceptionally long spin coherence times, efficient spin-photon coupling, room-temperature operation, and steadily advancing fabrication and integration techniques. Despite significant progress in the field, atomic-scale characterization and control of individual NV centers have remained elusive. In this work, we present a novel approach utilizing a conductive graphene capping layer to enable direct imaging and manipulation of $NV^{-}$ defects via scanning tunneling microscopy (STM). By investigating over 40 individual $NV^{-}$ centers, we identify their spectroscopic signatures and spatial configurations. Our dI/dV conductance spectra reveal the ground state approximately 300 meV below the Fermi level. Additionally, density-of-states mapping uncovers a two-lobed wavefunction aligned along the [111] crystallographic direction. Remarkably, we demonstrate the ability to manipulate the charge state of the NV centers from $NV^{-}$ to $NV^{0}$ through STM tip-induced gating. This work represents a significant advancement in the atomic-scale understanding and engineering of NV centers, paving the way for future quantum device development.
- Abstract（参考訳）: ダイヤモンド中の窒素空孔(NV)中心は、非常に長いスピンコヒーレンス時間、効率的なスピン-光子カップリング、室温操作、着実に製造と統合技術により、最も有望な固体量子ビット候補である。
この分野では大きな進歩があったが、個々のNV中心の原子スケールの特徴と制御はいまだ解明されていない。
本研究では, 走査型トンネル顕微鏡(STM)によるNV^{-}$欠陥の直接イメージングと操作を可能にするために, 導電性グラフェンキャッピング層を用いた新しいアプローチを提案する。
40以上の個々のNV^{-}$センターを調査することにより、分光学的シグネチャと空間的構成を同定する。
我々のdI/dVコンダクタンススペクトルは、フェルミレベルより約300mV下にある基底状態を明らかにする。
さらに、密度-状態マッピングにより、[111]結晶方向に沿って並んだ2回転波動関数が発見される。
注目すべきは、NV中心の電荷状態を$NV^{-}$から$NV^{0}$へ、STMチップ誘導ゲーティングを通して操作できることである。
この研究は、NVセンターの原子スケールの理解とエンジニアリングにおいて大きな進歩を示し、将来の量子デバイス開発への道を開いた。
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