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)
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