論文の概要: Enhanced magnetic field sensitivity of shallow NV$^-$ ensembles via high-temperature implantation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.05647v1
- Date: Sat, 06 Sep 2025 08:55:11 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-09-09 14:07:03.628136
- Title: Enhanced magnetic field sensitivity of shallow NV$^-$ ensembles via high-temperature implantation
- Title（参考訳）: 高温注入による浅いNV$^-$アンサンブルの磁場感度の増強
- Authors: Joa Al Yahya, Anatole Bach, Jayash Panigrahi, Pauline Perrin, Ionut Balasa, Diana Serrano, Alexey Tiranov, Jocelyn Achard, Alexandre Tallaire, Philippe Goldner,
- Abstract要約: 20, 400, 800degCの温度で1e15イオン/cm2のフルエンスで10～15keVのエネルギーでN$+$イオン注入を行った。
高温注入は、T2$*$、T2およびT1を妥協することなく、NV$-$生成を最大5倍改善する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 30.5491665195957
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Dense and shallow ensembles of negatively charged nitrogen-vacancy centers (NV$^-$) with good optical and spin properties play a key role in the performance enhancement of diamond-based quantum sensors. Ion implantation enables precise control of NV$^-$ depth and density. However, at high ion fluence, this method is limited by low NV$^-$ creation yields and sample amorphization. Additionally, shallow NV$^-$ spin properties deteriorate due to surface proximity. In this paper, we study N$_2^+$ ion implantation at energies between 10 and 15 keV with fluences as high as 1e15 ions/cm2 at temperatures of 20, 400 and 800{\deg}C to investigate the influence of implantation temperature on lattice damage, NV$^-$ creation yield and NV$^-$ spin properties. Our results show that diamond maintains structural integrity at 800{\deg}C with fluences up to 1e15 ions/cm2 without amorphization. Furthermore, high-temperature implantation improves NV$^-$ creation yields up to five times without compromising T2$^*$, T2 and T1, making it a promising approach to enhance the magnetic field sensitivity of NV$^-$ ensembles.
- Abstract（参考訳）: 優れた光学特性とスピン特性を持つ負電荷窒素空孔中心(NV$^-$)の密度と浅いアンサンブルは、ダイヤモンドベースの量子センサーの性能向上に重要な役割を果たしている。
イオン注入は、NV$^-$深さと密度の正確な制御を可能にする。
しかし、高イオンフルエンスでは、この方法は低いNV$^-$生成収率とサンプルアモルファス化によって制限される。
さらに, 表面近接によりNV$^-$スピン特性は低下した。
本研究では, 温度20, 400, 800{\deg}Cにおける10～15keVのエネルギーでN$_2^+$イオン注入を行い, 格子損傷, NV$^-$生成量, NV$^-$スピン特性に及ぼす注入温度の影響について検討した。
その結果, ダイヤモンドはアモルファス化せずに1e15イオン/cm2までのフルエンスで800{\deg}Cの構造的整合性を維持することがわかった。
さらに、高温注入により、T2$^*$、T2およびT1を妥協することなく、NV$^-$生成が最大5倍に向上し、NV$^-$アンサンブルの磁場感度を高めるための有望なアプローチとなる。
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