NV-Zentren in Diamant

Überblick

Erzeugung Niveauschema und Fluoreszenzspektrum NV-Zentren als Einzelphotonquelle Kernspinmessung bei Raumtemperatur Zusammenfassung und Ausblick

Erzeugung

Stickstoffdefekte homogen verteilt in Typ Ib künstlichem Diamant

Erzeugung zusätzlicher Vacancy-Defekte durch Elektronen- oder Neutronenbestrahlung

Erhitzen ermöglicht Diffusion der V-Defekte zu den Stickstoffatomen

Unbehandelter Ib-Diamant enthält bereits genügend einzelne NV-Defekte

Niveauschema

Gitterschwingungen verbreitern LinienspektrumZero Phonon Line und breites Phonon Sideband

Double Well Potential

Defekt symmetrisch bzgl. Vertauschung von N und VFranck-Condon-Näherung => „senkrechte“ Übergänge

NV-Zentren als Einzelphotonquelle

Vorteile Einfache Handhabung (z.B. durch piezo

nanopositioning) Betrieb bei Raumtemperatur möglich Robust gegenüber photobleaching-Effekten (im

Gegensatz zu z.B. organischen Farbstoffmolekülen)

Aufbau

g ² (τ) für Anregungsleistungen ⁽ ⁾von a) 0,16 Psatb) 1,6 Psatc) 30 Psat

Photonenstatistik (HBT-Messung)

Optische Kernspinmessung bei Raumtemperatur

Kohärenzzeiten des Kernspin deutlich länger als die des ElektronenspinElektronische Spinzustände optisch unterscheidbar

Idee: Bilde Kernspin auf Elektronenspin ab

Optische Kernspinmessung bei Raumtemperatur

Idee: Bilde Kernspin auf Elektronenspin ab

Kohärenzzeiten des Kernspin deutlich länger als die des ElektronenspinElektronische Spinzustände optisch unterscheidbar

Ergebnisse

Projektive Messung erklärt Rechtecksignal

Ohne Mikrowelle keine Korrelation zw. Kernspin und Fluoreszenz

Ergebnisse

Zwei aufeinanderfolgende Messungen haben mit hoher Wahrscheinlichkeit das gleiche Ergebnis (unteres Histogramm)

Konditionales Einstrahlen eines RF-π-Pulses reduziert die Wahrscheinlichkeit auf ~33%

Geringer Kontrast aufgrund zusätzlicher dunkler Zustände

Zusammenfassung & Ausblick

Leichte Handhabung verglichen mit Atomen NV-Zentren als stabile Einzelphotonquelle bei RT Lange Kernspinkohärenzzeiten interessant für QI NV-Zentren in Resonatoren für schmalere Spektren Unbekannte Zustände; kompliziertes, noch nicht

vollständig vermessenes System

Literatur

(1) Spectroscopy on single N-V defect centers in diamond: tunneling of nitrogen atoms into vacancies and fluorescence spectra, Kilin et al, Journal of Luminescence 86 (2000)

(2) Stable Solid-State Source of Single Photons, Kurtsiefer et al, Physical Review Letters Volume 85 Number 2 (2000)

(3) Single-Shot Readout of a Single Nuclear Spin, Neumann et al, Science 329, 542 (2010)

(4) Dark states of single NV centers in diamond unraveled by single shot NMR, Waldherr et al, arXiv:1012.5017v2 [quant-ph] 28 Mar 2011

(5) Processing quantum information in diamond, Wrachtrup, Jelezko, 2006 J. Phys.: Condensed Matter 18 S807

(6) Single spin states in a defect center resolved by optical spectroscopy, Jelezko et al, Applied Physics Letters Volume 81, Number 12, (2002)