論文の概要: Nitrogen-vacancy centre in lonsdaleite: a novel nanoscale sensor?
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2505.11240v1
- Date: Fri, 16 May 2025 13:30:36 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-05-19 14:36:15.089696
- Title: Nitrogen-vacancy centre in lonsdaleite: a novel nanoscale sensor?
- Title（参考訳）: ロンスダライトの窒素空孔中心 : 新しいナノスケールセンサー?
- Authors: Anjay Manian, Mitchell O. de Vries, Daniel Stavrevski, Qiang Sun, Salvy P. Russo, Andrew D. Greentree,
- Abstract要約: ヘキサゴナルダイヤモンド(英: hexagonal diamond)は、炭素のエキゾチックな同素体である。
純粋なsp$3$結合格子のため、サブバンドギャップ欠陥中心をホストすることが期待できる。
ヘキサゴナルダイヤモンドナノ結晶における窒素空孔色中心のテクスタイブ初期モデリングを行う。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.6852693949374797
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Hexagonal diamond, often called lonsdaleite, is an exotic allotrope of carbon, predicted to be harder than cubic (conventional) diamond with a wider bandgap. Due to its pure sp$^3$ bonded lattice, it should be expected to host sub-bandgap defect centres (colour centres). Here we perform \textit{ab initio} modeling of nitrogen-vacancy (NV) colour centres in hexagonal diamond nanocrystals; for both the neutral and negatively charged species (NV$^0$ and NV$^-$). We identify three distinct configurations for the NV center: two of which are analogous to NV in diamond, and one which is a configuration that can only exist in the hexagonal form. The diamond-like NV systems comprise three symmetry equivalent centers which reside on the same carbon plane, and one defect that is split across two planes and replaces a carbon-carbon bond. There is an additional NV centre where the N and V each have four nearest neighbour carbon atoms. The presence of this latter configuration would provide an unambiguous determination of the hexagonal nature of lonsdaleite. Quantum chemical analysis show all derivatives to be thermochemically stable, and each with their own unique photophysical properties, spectral profiles, and magneto-optical characteristics. By assuming that the ground state properties of the NV$^-$ in hexagonal diamond are comparable to those of NV$^-$ in cubic diamond, albeit with increased strain, we predict ground state fine structure splitting for two of the centres of 2.74~GHz and 4.56~MHz, compared with 2.87~GHz for cubic diamond. The possibility of optically detected magnetic resonance with NV$^-$ in lonsdaleite would provide a new carbon-based quantum sensing system, and an unambiguous method to resolve outstanding issues around the structure of lonsdaleite as hexagonal diamond.
- Abstract（参考訳）: ヘキサゴナルダイヤモンド(英: hexagonal diamond)は、炭素の異方性異方体であり、より広いバンドギャップを持つ立方体のダイヤモンドよりも硬いと予測される。
純粋なsp^3$結合格子のため、サブバンドギャップ欠陥中心(カラー中心)をホストすることが期待できる。
ヘキサゴナルダイヤモンドナノ結晶における窒素空孔(NV)色中心のモデル化を行い,中性種と負電荷種(NV$^0$およびNV$^-$)について検討した。
NV中心の3つの異なる構成を同定し、そのうちの2つはダイヤモンド中のNVと類似しており、一方は六角形にしか存在しない構成である。
ダイヤモンドに似たNV系は、同じ炭素面に存在する3つの対称等価中心と、2つの平面にまたがって炭素-炭素結合を置換する1つの欠陥から構成される。
さらにNV中心があり、NとVはそれぞれ4つの近接した炭素原子を持つ。
この後者の構成の存在は、ロンスダライトの六角形の性質を明白に決定する。
量子化学分析により、全ての誘導体は熱化学的に安定であり、それぞれ独自の光物性、スペクトルプロファイル、磁気光学特性を持つことが示された。
六方晶ダイヤモンド中のNV$^-$の基底状態特性が立方晶ダイヤモンドのNV$^-$に匹敵するものと仮定することにより,2.74〜GHzと4.56〜MHzの2つの中心の基底状態微細構造を立方晶ダイヤモンドの2.87〜GHzと比較して予測する。
ロンスダライトでNV$^-$で光学的に検出される磁気共鳴の可能性は、新しい炭素ベースの量子センシングシステムと、六方晶ダイヤモンドとしてのロンスダライトの構造に関する未解決の問題を解決する不明瞭な方法をもたらす。
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