Вышедшие номера
Home » Оптика и спектроскопия » Год 2023, выпуск 12 » Статья стр. 1661
<<<>>>
Микрокристаллы флуоресцентного алмаза с NV--центрами для применений в фотонике и cенсорике: идентификационные и фотофизические сигнатуры
Российский научный фонд, Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами», 21-12-00264, "Разработка многочастотных источников света на основе люминесцентных алмазных матриц с контролируемо внедренным набором центров окраски для оптических наносенсоров"
Осипов В.Ю. 1, Шахов Ф.М. 1, Богданов К.В. 2, Takai K.3, Баранов А.В.2
1Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербург, Россия
2Университет ИТМО, Санкт-Петербург, Россия
3Department of Chemical Science and Technology, Hosei University, Koganei, Tokyo, Japan
Email: osipov@mail.ioffe.ru, Fedor.Shakhov@mail.ioffe.ru, kirw.bog@gmail.com, takai@hosei.ac.jp, a_v_baranov@yahoo.com
Поступила в редакцию: 21 ноября 2023 г.
В окончательной редакции: 21 ноября 2023 г.
Принята к печати: 30 ноября 2023 г.
Выставление онлайн: 1 марта 2024 г.
PDF версия
Исследованы синтетические микрокристаллические алмазы Ib HPHT, синтезированные с никель-содержащим катализатором и содержащие флуоресцентные отрицательно-заряженные азот-вакансионные (NV-) центры, специально введенные с помощью облучения высокоэнергетическими электронами. Показан набор идентификационных сигнатур, соответствующих микрокристаллам алмаза с высокой оптической яркостью и концентрацией NV--центров около 4.5 ppm. Сигналы электронного парамагнитного резонанса для примесных атомов азота в нейтральном состоянии и никеля в зарядовом состоянии -1 зависят от температуры согласно закону Кюри, тогда как сигнал g=4.295 (W15), связанный с переходами Delta ms =2 в NV--центре, демонстрирует другой тип температурного поведения. Освещение микрокристаллов светом спектрального диапазона 1.38-2.95 eV при T=100 K приводит к оптической спиновой поляризации уровня ms=0 основного невозбужденного состояния 3A2 NV--центров. Синтезированные микрокристаллы алмаза могут использоваться в устройствах фотоники. Ключевые слова: микрокристаллы алмаза, азот-вакансионные центры, парамагнитные центры, люминесценция, электронный парамагнитный резонанс.
  1. A.M. Zaitsev. Optical properties of diamond: A data handbook (Springer--Verlag, Berlin--Heidelberg--NY., 2001). DOI: 10.1007/978-3-662-04548-0
  2. H.C. Chang, W.W.W. Hsiao, M.C. Su. Fluorescent nanodiamonds (John Wiley \& Sons, Hoboken--Chichester--Oxford, 2019). DOI: 10.1002/9781119477099
  3. J.H.N. Loubser, J.A. van Wyсk. Rep. Prog. Phys., 41, 1201 (1978). DOI: 10.1088/0034-4885/41/8/002
  4. R.I. Mashkovtsev, Yu.N. Pal'yanov. Sol. St. Commun., 111, 397 (1999). DOI: 10.1016/S0038-1098(99)00180-5
  5. A.I. Shames, A. Dalis, A.D. Greentree, B.C. Gibson, H. Abe, T. Ohshima, O. Shenderova, A. Zaitsev, P. Reineck. Adv. Opt. Mater., 8, 2001047 (2020). DOI: 10.1002/adom.202001047
  6. O.A. Shenderova, A.I. Shames, N.A. Nunn, M.D. Torelli, I. Vlasov, A. Zaitsev. J. Vac. Sci. Technol. B, 37 (3), 030802 (2019). DOI: 10.1116/1.5089898
  7. M.W. Doherty, N.B. Manson, P. Delaney, F. Jelezko, J. Wrachtrup, L.C. L. Hollenberg. Phys. Rep., 528 (1), 1 (2013). DOI: 10.1016/j.physrep.2013.02.001
  8. J.P. Boudou, P.A. Curmi, F. Jelezko, J. Wrachtrup, P. Aubert, M. Sennour, G. Balasubramanian, R. Reuter, A. Thorel, E. Gaffet. Nanotechnology, 20, 235602 (2009). DOI: 10.1088/0957-4484/20/23/235602
  9. A.I. Shames, V.Y. Osipov, J.P. Boudou, A.M. Panich, H.J. von Bardeleben, F. Treussart, A.Y. Vul'. J. Phys. D, 48 (15), 155302 (2015). DOI: 10.1088/0022-3727/48/15/155302
  10. K. Jensen, P. Kehayias, D. Budker. Smart Sensors, Measurement and Instrumentation, 19, 553 (2017). DOI: 10.1007/978-3-319-34070-8_18
  11. V.M. Acosta, E. Bauch, M.P. Ledbetter, C. Santori, K.-M.C. Fu, P.E. Barclay, R.G. Beausoleil, H. Linget, J.F. Roch, F. Treussart, S. Chemerisov, W. Gawlik, D. Budker. Phys. Rev. B, 80, 115202 (2009). DOI: 10.1103/physrevb.80.115202
  12. M. Fujiwara, Y. Shikano. Nanotechnology, 32, 482002 (2021). DOI: 10.1088/1361-6528/ac1fb1
  13. G. Kucsko, P.C. Maurer, N.Y. Yao, M. Kubo, H.J. Noh, P.K. Lo, H. Park, M.D. Lukin. Nature, 500 (7460), 54 (2013). DOI: 10.1038/nature12373
  14. K.O. Ho, M.Y. Leung, Y. Jiang, K.P. Ao, W. Zhang, K.Y. Yip, Y.Y. Pang, K.C. Wong, S.K. Goh, S. Yang. Phys. Rev. Appl., 13, 024041 (2020). DOI: 10.1103/PhysRevApplied.13.024041
  15. S. Hsieh, P. Bhattacharyya, C. Zu, T. Mittiga, T.J. Smart, F. Machado, B. Kobrin, T.O. Hohn, N.Z. Rui, M. Kamrani, S. Chatterjee, S. Choi, M. Zaletel, V.V. Struzhkin, J.E. Moore, V.I. Levitas, R. Jeanloz, N.Y. Yao. Science, 366, 1349 (2019). DOI: 10.1126/science.aaw4352
  16. S. Johnson, P.R. Dolan, J.M. Smith. Progr. Quant. Electron., 55, 129 (2017). DOI: 10.1016/j.pquantelec.2017.05.003
  17. M.J. Degen. On the creation, coherence and entanglement of multi-defect quantum registers in diamond (Ph. D. thesis, Delft University of Technology, Delft, 2021). DOI: 10.4233/uuid:e0b20592-a0ce-4ec4-8df0-a5aa25084301
  18. O. Faklaris, V. Joshi, T. Irinopoulou, P. Tauc, M. Sennour, H. Girard, C. Gesset, M. Senour, A. Thorel, J.-C. Arnault, J.-P. Boudou, P.A. Curmi, F. Treussart. ACS Nano, 3, 3955 (2009). DOI: 10.1021/nn901014j
  19. D. Duan, G.X. Du, V.K. Kavatamane, S. Arumugam, Y.K. Tzeng, H.C. Chang, G. Balasubramanian. Optics Express, 27, 6734 (2019). DOI: 10.1364/OE.27.006734
  20. W.V. Smith, P.P. Sorokin, I.L. Gelles, G.J. Lasher. Phys. Rev., 115, 1546 (1959). DOI: 10.1103/PhysRev.115.1546
  21. J.H.N. Loubser, W.P. van Ryneveld. Nature, 211, 517 (1966). DOI: 10.1038/211517a0
  22. J. Isoya, H. Kanda, J.R. Norris, J. Tang, M.K. Bowman. Phys. Rev. B, 41, 3905 (1990). DOI: 10.1103/physrevb.41.3905
  23. A.I. Shames, V.Y. Osipov, K.V. Bogdanov, A.V. Baranov, M.V. Zhukovskaya, A. Dalis, S.S. Vagarali, A.J. Rampersaud. J. Phys. Chem. C, 121 (9), 5232 (2017). DOI: 10.1021/acs.jpcc.6b12827
  24. K.V. Bogdanov, M.V. Zhukovskaya, V.Yu. Osipov, E.V. Ushakova, M.A. Baranov, K. Takai, A. Rampersaud, A.V. Baranov. APL Materials, 6 (8), 086104 (2018). DOI: 10.1063/1.5045535
  25. V.Yu. Osipov, N.M. Romanov, K.V. Bogdanov, F. Treussart, C. Jentgens, A. Rampersaud. J. Opt. Technol., 85 (2), 63 (2018). DOI: 10.1364/JOT.85.000063
  26. M.N.R. Ashfold, J.P. Goss, B.L. Green, P.W. May, M.E. Newton, C.V. Peaker. Chem. Rev., 120, 5745 (2020). DOI: 10.1021/acs.chemrev.9b00518
  27. G.S. Woods, J.A. van Wyсk, A.T. Collins. Phil. Mag. B, 62, 589 (1990). DOI: 10.1080/13642819008215257
  28. ]G. Davies. Physica B, 273/274, 15 (1999). DOI: 10.1016/s0921-4526(99)00398-1
  29. S.C. Lawson, D. Fisher, D.C. Hunt, M.J. Newton. J. Phys.: Cond. Matt., 10, 6171 (1998). DOI: 10.1088/0953-8984/10/27/016
  30. L.J. Su, C.Y. Fang, Y.T. Chang, K.M. Chen, Y.C. Yu, J.H. Hsu, H.C. Chang. Nanotechnology, 24, 315702 (2013). DOI: 10.1088/0957-4484/24/31/315702
  31. Optical Engineering of Diamond, 1st Edition, ed. by R.P. Mildren, J.R. Rabeau (Wiley-VCH Verlag GmbH \& Co. KGaA, Weinheim, 2013)
  32. Z.Z. Liang, X. Jia, H.A. Ma, C.Y. Zang, P.W. Zhu, Q.F. Guan, H. Kanda. Diam. Relat. Mater., 14, 1932 (2005). DOI: 10.1016/j.diamond.2005.06.041
  33. G. Davies. In: Chemistry and Physics of Carbon: A Series of Advances, ed. by P.L. Walker Jr., P.A. Thrower. Book series (Marcel Dekker, Inc., NY., 1977), vol. 13, pp. 1-143. https://cir.nii.ac.jp/crid/1573387451279760128
  34. F.M. Shakhov, V.Yu. Osipov, A.A. Krasilin, K. Iizuka, R. Oshima. J. Sol. St. Chem., 307, 122804 (2022). DOI: 10.1016/j.jssc.2021.122804
  35. A.T. Collins, H. Kanda, J. Isoya, C.A.J. Ammerlaan, J.A. van Wyk. Diam. Relat. Mater., 7 (2-5), 333 (1998). DOI: 10.1016/s0925-9635(97)00270-7
  36. V.Yu. Osipov, F.M. Shakhov, N.N. Efimov, V.V. Minin, S.V. Kidalov, A.Ya. Vul'. Phys. Solid State, 59, 1146 (2017). DOI: 10.1134/S1063783417060191
  37. J.A. van Wyсk, E.C. Reynhardt, G.L. High, I. Kiflawi. J. Phys. D, 30, 1790 (1997). DOI: 10.1088/0022-3727/30/12/016
  38. V.Yu. Osipov, F.M. Shakhov, N.M. Romanov, K. Takai. Mendeleev Commun., 32, 645 (2022). DOI: 10.1016/j.mencom.2022.09.026
  39. V.Yu. Osipov, F. Treussart, S.A. Zargaleh, K. Takai, F.M. Shakhov, B.T. Hogan, A. Baldycheva. Nanoscale Res. Lett., 14 (1), 279 (2019). DOI: 10.1186/s11671-019-3111-y
  40. В.Ю. Осипов, К.В. Богданов, А. Rampersaud, K. Takai, Y. Ishiguro, А.В. Баранов. Опт. и спектр., 130, 1922 (2022). DOI: 10.21883/OS.2022.12.54101.4248-22
  41. J. Jeske, D.W.M. Lau, X. Vidal, L.P. McGuinness, P. Reineck, B.C. Johnson, M.W. Doherty, J.C. McCallum, S. Onoda, F. Jelezko, T. Oshima, T. Volz, J.H. Cole, B.C. Gibson, A.D. Greentree. Nat. Commun., 8, 14000 (2017). DOI: 10.1038/ncomms14000
  42. A. Savvin, A. Dormidonov, E. Smetanina, V. Mitrokhin, E. Lipatov, D. Genin, S. Potanin, A. Yelisseyev, V. Vins. Nat. Commun., 12, 7118 (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-27470-7

Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.

Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.

Учредители

Издатель

© 2024 Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Powered by webapplicationthemes.com - High quality HTML Theme