論文の概要: Solution-phase fluorination of nanodiamond: near-surface NV$^-$ activation and spin relaxation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.06605v1
- Date: Sun, 06 Sep 2026 13:44:16 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-09-12 05:10:54.124352
- Title: Solution-phase fluorination of nanodiamond: near-surface NV$^-$ activation and spin relaxation
- Title（参考訳）: ナノダイヤモンドの水溶液相フッ素化:NV$^-$活性化とスピン緩和
- Abstract要約: NV$-$を安定化するための2つの溶液相フッ素化経路を示す。
この2つの経路は、赤外線、X線光電子、エネルギー分散X線、ラマン、フォトルミネッセンス分光によって比較された。
どちらも高いNV$-$率を示し、平均で最大90%のsim$、フルオリンに富んだ領域で100%に近づいた。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Nanodiamonds hosting luminescent point defects, known as fluorescent nanodiamonds (FND), are a leading platform for quantum technology. The nitrogen-vacancy (NV) centre is the most intensively studied of these; its negatively charged state (NV$^-$) can serve as a qubit at room temperature, and its stability is governed by surface functional groups. We present two solution-phase fluorination routes for stabilising NV$^-$: direct C-F bond formation by decarboxylation with xenon difluoride via a radical mechanism, and the Balz-Schiemann reaction, which replaces surface amino groups with fluorine. The two routes were compared by infrared, X-ray photoelectron, energy-dispersive X-ray, Raman and photoluminescence spectroscopy. Both gave a high NV$^-$ fraction, up to $\sim$90% on average and approaching 100% in fluorine-rich regions, which to our knowledge is among the highest reported for surface-terminated nanodiamonds of this size and, in particular, for fluorine termination. Frequency-domain relaxometry shows that the fluorinated particles retain a long spin-lattice relaxation time, $733\pm56$ and $712\pm20$ $μ$s for the XeF$_2$ and Balz-Schiemann routes, several times the values reported for commercial HPHT nanodiamonds, although shorter than the $1173\pm123$ $μ$s of the as-received material. Charge-state stability and spin lifetime therefore do not improve together: fluorination activates near-surface NV$^-$ centres, which are the most exposed to surface noise but also the ones that dominate relaxometric sensing.
- Abstract（参考訳）: 蛍光ナノダイアモンド(FND)として知られる蛍光点欠陥をホストするナノダイアモンドは、量子技術の主要なプラットフォームである。
窒素空孔 (NV) 中心はこれらの中で最も集中的に研究されており、負の荷電状態 (NV$^-$) は室温での量子ビットとして機能し、その安定性は表面官能基によって制御される。
NV$^-$: キセノンジフッ化物との脱炭酸による直接C-F結合形成をラジカル機構で安定化するための2つの溶液相フッ素化経路と,表面アミノ基をフッ素に置換するバルツ・シュイマン反応を示す。
この2つの経路は、赤外線、X線光電子、エネルギー分散X線、ラマン、フォトルミネッセンス分光によって比較された。
両者ともNV$^-$の分画を平均で最大90%以上与え、フッ素に富んだ地域では100%に近づき、我々の知る限り、この大きさのナノダイヤモンド、特にフッ素の終端が最も多く報告されている。
周波数領域の緩和測定により、蛍光粒子は長いスピン格子緩和時間を持ち、XeF$_2$とバルツ=シューマン経路では733\pm56$と712\pm20$$$μ$sであり、商用HPHTナノダイアモンドでは数倍の値が報告されるが、1173\pm123$$$μ$よりも短い。
そのため、電荷状態の安定性とスピン寿命は共に改善されない:フッ素化は表面ノイズに最も曝露されるNV$^-$中心を活性化する。
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