論文の概要: Revealing and reducing growth-induced interfacial disorder in preferentially aligned nitrogen-vacancy centers in diamond

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2608.02350v2
• Date: Wed, 05 Aug 2026 14:17:14 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-08-06 14:48:43.198998
• Title: Revealing and reducing growth-induced interfacial disorder in preferentially aligned nitrogen-vacancy centers in diamond
• Title（参考訳）: ダイヤモンドの優先配向窒素空孔中心における成長誘導性界面障害の緩和と軽減
• Authors: Cheng-I Ho, Marina Davydova, Patrik Straňák, Felix Hoffmann, Peter Knittel, Andrej Denisenko, Jörg Wrachtrup,
• Abstract要約: CVDダイヤモンド中の窒素空孔中心は、高感度性能と格子欠陥の密度の低い優先的に配向するアンサンブルを形成することができる。 この研究は、窒素ドーピング法に関連する界面障害の役割を明らかにし、量子センシングへの応用のために高品質で薄いNVドーピング層を成長させる経路を提供する。
• 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 chemical-vapor-deposition (CVD) diamond can form preferentially oriented ensembles with high sensing performance and low densities of lattice defects. Thin films of this material are a cornerstone of various imaging modalities. However, nitrogen injection needed to produce such films can transiently drive growth out of equilibrium, generating interfacial strain and spin defects that degrade NV coherence. Here, we investigate this disorder in $^{12}\text{C}$-enriched, preferentially oriented NV layers grown on (111) diamond using two nitrogen-injection procedures, combined with nanometer-scale selective plasma etching and NV spin-coherence measurements. Pulsed nitrogen injection produces a pronounced nitrogen overshoot within a 60--80 nm interfacial region, generating excessive amounts of defects. By contrast, smooth nitrogen delivery through mass flow controllers substantially suppresses interfacial disorder, yielding coherence properties close to the theoretical limit imposed by spin-bath noise. A 50-nm NV layer is used to demonstrate proton nuclear magnetic resonance detection. This work reveals the role of interfacial disorder associated with the nitrogen-doping procedure and provides a route to growing high-quality, thin NV-doped layers for quantum-sensing applications.
• Abstract（参考訳）: CVDダイヤモンド中の窒素空孔(NV)中心は、高感度性能と格子欠陥の密度の低い、優先的に指向するアンサンブルを形成することができる。 この材料の薄膜は様々な画像モダリティの基盤となっている。 しかし、このような膜を作るのに必要な窒素注入は、過渡的に平衡から成長を加速させ、界面ひずみやスピン欠陥を発生させ、NVコヒーレンスを低下させる。 本稿では, 窒素注入法とナノメートルスケール選択的プラズマエッチングとNVスピンコヒーレンス測定を併用し, 111ダイヤモンド上に成長した高濃度NV層について検討した。 パルス窒素注入は60-80nmの界面領域で顕著な窒素過剰を発生させ、過剰な欠陥を発生させる。 対照的に、質量流制御器によるスムーズな窒素供給は界面障害を著しく抑制し、スピンバスノイズによる理論的限界に近いコヒーレンス特性をもたらす。 50nmのNV層を用いて陽子核磁気共鳴検出を行う。 この研究は、窒素ドーピング法に関連する界面障害の役割を明らかにし、量子センシングへの応用のために高品質で薄いNVドーピング層を成長させる経路を提供する。

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