論文の概要: Electroluminescence of NV Color Centers in Diamond p-i-n Diodes mediated by Charge-state Dynamics

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.10904v1
• Date: Sat, 13 Sep 2025 17:05:18 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-16 17:26:22.835988
• Title: Electroluminescence of NV Color Centers in Diamond p-i-n Diodes mediated by Charge-state Dynamics
• Title（参考訳）: 帯電状態ダイナミクスを利用したダイヤモンドp-i-nダイオード中のNV色中心のエレクトロルミネッセンス
• Authors: Ruirong Bai, Menglin Huang, Shanshan Wang, Shiyou Chen, Yu-Ning Wu,
• Abstract要約: ダイヤモンド中のNV色中心のエレクトロルミネッセンスは、p-i-nダイオードで実現されている。 NV中心のELの機構と電荷状態のダイナミクスを明らかにする。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.209085668613654
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: As the electroluminescence (EL) of NV color centers in diamond has been realized in p-i-n diodes,the underlying mechanism remains a puzzle for longer than a decade. In this study,using first-principles approaches,the electronic configurations and the possible transitions are comprehensively investigated. Based on the calculated carrier cross sections and transition rates,the mechanism of the EL of NV centers and the charge-state dynamics are revealed. The continuous EL is maintained by the cycle of NV0 ground (GNV0),NV+ metastable (MNV+) and NV0 excited state (ENV0). The weaker EL intensity compared to photoluminescence (PL) is explained by the bottleneck transition from MNV+ to ENV0 and another non-luminescent transition cycle. Additionally,our results also explain the disappearance of the luminescence of NV- as a result of unbalanced transitions between NV- and NV0. This study not only reveal the mechanism of electroluminescence of NV centers and explain experimental observations,but also provide first-principles insights to understand the charge-dynamics of other color centers under electric and optical field.
• Abstract（参考訳）: ダイヤモンド中のNV色中心のエレクトロルミネッセンス(EL)はp-i-nダイオードで実現されているため、基礎となるメカニズムは10年以上謎のままである。 本研究では, 第一原理法を用いて電子配置と遷移の可能性について包括的に検討した。 計算されたキャリア断面積と遷移速度に基づいて,NV中心のEL機構と電荷状態のダイナミクスを明らかにする。 連続ELは、NV0グラウンド(GNV0)、NV+メタスタブル(MNV+)、NV0励起状態(ENV0)のサイクルで維持される。 光発光(PL)と比較して弱いEL強度は、MNV+からENV0へのボトルネック遷移と、他の非発光遷移サイクルによって説明される。 さらに、この結果はNV-とNV0の間の不均衡な遷移の結果、NV-の発光が消えることも説明できる。 本研究は、NV中心のエレクトロルミネッセンス機構を明らかにし、実験観測を説明するだけでなく、電場および光学場下での他の色中心の電荷力学を理解するための第一原理の洞察も提供する。

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