Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Модель полудивакансии центра Si-V, которая также характерна для других крупных примесей в алмазе, таких как Ni, Co, Ge и S.
Карты люминесценции центра Si-V в алмазе, полученном ионной имплантацией: xy (вверху) и xz (внизу). Карта глубины xz была измерена по черной линии на верхнем изображении. [1]

Центр кремниевых вакансий (Si-V) - это оптически активный дефект в алмазе (называемый центром окраски), который вызывает все больший интерес в сообществе исследователей алмазов. Этот интерес вызван в первую очередь когерентными оптическими свойствами Si-V, особенно по сравнению с хорошо известным и широко изученным центром вакансий азота (NV).

Свойства [ править ]

Кристаллографический [ править ]

Центр Si-V образуется путем замены двух соседних атомов углерода в решетке алмаза одним атомом кремния , который располагается между двумя свободными узлами решетки. Эта конфигурация имеет точечную групповую симметрию D 3d .

Электронный [ править ]

Центр Si-V представляет собой систему с одной дыркой (спин 1/2) с основным и возбужденным электронными состояниями, расположенными в запрещенной зоне алмаза. Основное и возбужденное электронные состояния имеют два орбитальных состояния, расщепленных спин-орбитальной связью . Каждое из этих спин-орбитальных состояний двукратно вырождено по спину, и на это расщепление может влиять деформация решетки. Фононы в решетке алмаза управляют переходами между этими орбитальными состояниями, вызывая быстрое уравновешивание орбитальной популяции при температурах выше прибл. 1 К. [2]

Все четыре перехода между двумя основными и двумя возбужденными орбитальными состояниями являются дипольно разрешенными с резкой бесфононной линией (ZPL) на 738 нм (1,68 эВ) [3] и минимальной фононной боковой полосой в окне примерно 20 нм около 766 нм. [4] Центр Si-V излучает гораздо больше своей эмиссии в свою ZPL, примерно 70% ( фактор Дебая – Валлера 0,7), чем большинство других оптических центров в алмазе, таких как центр с вакансиями азота (фактор Дебая – Валлера) ~ 0,04). [5] Центр Si-V также имеет более высокие возбужденные состояния, которые быстро релаксируют в самые низкие возбужденные состояния, что позволяет нерезонансное возбуждение.

Центр Si-V имеет инверсионную симметрию и не имеет статического электрического дипольного момента (первого порядка); поэтому он нечувствителен к штарковскому сдвигу, который может быть результатом неоднородных электрических полей в решетке алмаза. Это свойство вместе со слабой электрон-фононной связью приводит к узкой ZPL в центре Si-V, которая в основном ограничивается его собственным временем жизни. [6] Яркая фотолюминесценция , узкие оптические линии и простота обнаружения оптически неразличимых центров Si-V позволяют использовать их в квантовой оптике твердого тела .

Спин [ править ]

Хотя оптические переходы центра Si-V сохраняют спин электрона , быстрое индуцированное фононами перемешивание между орбитальными состояниями Si-V вызывает декогеренцию спина. Тем не менее, можно использовать ядерный спин 29 Si Si-V в качестве кубита для приложений квантовой информации . [7] [8]

Ссылки [ править ]

  1. ^ Лю, Ян; Чен, Гэнсюй; Ронг, Юин; Макгиннесс, Лиам Пол; Железко, Федор; Тамура, Сюто; Тани, Такаши; Тераджи, Токуюки; Онода, Синобу; Осима, Такеши; Исоя, Джуничи; Шинада, Такахиро; Wu, E; Цзэн, Хэпин (2015). «Переключение поляризации флуоресценции из единственного кремниевого центра окраски вакансии в алмазе» . Научные отчеты . 5 : 12244. Bibcode : 2015NatSR ... 512244L . DOI : 10.1038 / srep12244 . PMC  4511871 . PMID  26202940 .
  2. ^ Jahnke, KD; Sipahigil, A .; Binder, JM; Доэрти, МВт; Metsch, M .; Роджерс, LJ; Manson, NB; Лукин, д.м.н .; Железко, Ф. (апрель 2015 г.). «Электронно-фононные процессы кремниевого вакансионного центра в алмазе». Новый журнал физики . 17 (4): 043011. arXiv : 1411.2871 . Bibcode : 2015NJPh ... 17d3011J . DOI : 10.1088 / 1367-2630 / 17/4/043011 . S2CID 17590913 . 
  3. ^ Feng, T .; Шварц, Б.Д. (1993). «Характеристики и происхождение центра люминесценции 1,681 эВ в алмазных пленках, осажденных из газовой фазы». Журнал прикладной физики . 73 (3): 1415. Bibcode : 1993JAP .... 73.1415F . DOI : 10.1063 / 1.353239 .
  4. ^ Дитрих, А .; Jahnke, KD; Binder, JM; Тераджи, Т .; Isoya, J .; Роджерс, LJ; Железко, Ф. (2014). «Изотопически меняющиеся спектральные особенности кремниевой вакансии в алмазе». Новый журнал физики . 16 (11): 113019. arXiv : 1407.7137 . DOI : 10.1088 / 1367-2630 / 16/11/113019 . S2CID 119303095 . 
  5. ^ Ааронович, И .; Castelletto, S .; Симпсон, Д.А.; Такой.; Гринтри, AD; Правер, С. (2011). «Однофотонные излучатели на основе алмаза». Отчеты о достижениях физики . 74 (7): 076501. Bibcode : 2011RPPh ... 74g6501A . DOI : 10.1088 / 0034-4885 / 74/7/076501 .
  6. ^ Роджерс, LJ; Jahnke, KD; Тераджи, Т .; Marseglia, L .; Müller, C .; Найденов Б .; Schauffert, H .; Kranz, C .; Isoya, J .; Макгиннесс, LP; Железко, Ф. (2014). «Множество идентичных однофотонных излучателей в твердом состоянии». Nature Communications . 5 : 4739. arXiv : 1310.3804 . Bibcode : 2014NatCo ... 5.4739R . DOI : 10.1038 / ncomms5739 . PMID 25162729 . S2CID 19581092 .  
  7. ^ Роджерс, LJ; Jahnke, KD; Metsch, MH; Sipahigil, A .; Binder, JM; Тераджи, Т .; Sumiya, H .; Isoya, J .; Лукин, д.м.н .; Hemmer, P .; Железко, Ф. (2014). «Полностью оптическая инициализация, считывание и когерентная подготовка одиночных кремниевых спинов в алмазе». Письма с физическим обзором . 113 (26): 263602. arXiv : 1410.1355 . Bibcode : 2014PhRvL.113z3602R . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.113.263602 . PMID 25615330 . S2CID 7492043 .  
  8. ^ Pingault, B .; Беккер, Дж. Н.; Шульте, CHH; Аренд, С .; Hepp, C .; Godde, T .; Тартаковский А.И.; Markham, M .; Becher, C .; Ататюр, М. (2014). «Общеоптическое формирование когерентных темных состояний спинов кремний-вакансия в алмазе». Письма с физическим обзором . 113 (26): 263601. arXiv : 1409.4069 . Bibcode : 2014PhRvL.113z3601P . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.113.263601 . PMID 25615329 . S2CID 15711479 .