Центр кремниевых вакансий в алмазе

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 вдоль черной линии на верхнем изображении.

Центр кремниевых вакансий (Si-V) представляет собой оптически активный дефект в алмазе (называемый центром окраски), который вызывает все больший интерес в сообществе исследователей алмазов. Этот интерес обусловлен, прежде всего, когерентными оптическими свойствами Si-V, особенно по сравнению с хорошо известным и широко изученным азотно-вакансионным центром (NV).

Характеристики

Кристаллографический

Центр Si-V образуется путем замены двух соседних атомов углерода в решетке алмаза одним атомом кремния , который располагается между двумя вакантными узлами решетки. Эта конфигурация имеет _{D 3d} симметрию точечной группы .

Электронный

Центр Si-V представляет собой однодырочную ( спин-1/2) систему с основным и возбужденным электронными состояниями, расположенными внутри запрещенной зоны алмаза. Основное и возбужденное электронные состояния имеют два орбитальных состояния, разделенных спин-орбитальным взаимодействием . Каждое из этих спин-орбитальных состояний дважды вырождено по спину, и на это расщепление может влиять деформация решетки. Фононы в решетке алмаза вызывают переходы между этими орбитальными состояниями, вызывая быстрое уравновешивание орбитальной популяции при температурах выше ок. 1 К.

Все четыре перехода между двумя основными и двумя возбужденными орбитальными состояниями являются дипольно разрешенными с резкой бесфононной линией (ZPL) на длине волны 738 нм (1,68 эВ). и минимальная фононная боковая полоса в окне шириной примерно 20 нм около 766 нм. Центр Si-V излучает гораздо больше своего излучения в свой ZPL, примерно 70% ( фактор Дебая-Валлера 0,7), чем большинство других оптических центров в алмазе, таких как центр азотных вакансий (фактор Дебая-Валлера ~ 0,04). . Центр Si-V также имеет более высокие возбужденные состояния, которые быстро релаксируют до самых низких возбужденных состояний, обеспечивая нерезонансное возбуждение.

Центр Si-V имеет инверсионную симметрию и не имеет статического электрического дипольного момента (в первом порядке); поэтому он нечувствителен к штарковскому сдвигу , который может возникнуть в результате неоднородных электрических полей внутри решетки алмаза. Это свойство вместе со слабой электрон-фононной связью приводит к узкой ЗФЛ в центре Si-V, которая в основном ограничивается его собственным временем жизни. Яркая фотолюминесценция , узкие оптические линии и простота обнаружения оптически неразличимых центров Si-V благоприятствуют их применению в квантовой оптике твердого тела .

Вращаться

Хотя оптические переходы центра Si-V сохраняют спин электрона , быстрое фононное перемешивание между орбитальными состояниями Si-V вызывает спиновую декогеренцию. Тем не менее, можно использовать ²⁹ Ядерный спин Si Si-V как кубит для приложений квантовой информации .