金刚石集群NV色心的光谱特征及浓度定量分析

金刚石NV-色心具有优越的光致发光特性,可实现高灵敏度物理量探测。其中,NV-色心的浓度是影响其宏观领域物理量探测灵敏度的重要因素之一。分析了金刚石在NV-色心制备过程中产生的发光缺陷,研究了不同的电子注入剂量与NV-色心浓度的关系。首先,对金刚石进行电子辐照并高温真空退火,制备了NV-色心;然后,利用拉曼光谱仪测试了金刚石在电子辐照前、电子辐照后及退火后三个阶段中的荧光光谱,分析了金刚石在NV-色心制备过程中的光谱特性;最后,对生成的NV-色心的浓度进行了估算,并探究了不同电子注入剂量对NV-色心浓度的影响规律。结果表明,金刚石经电子注入后生成了524.7,541.1,578和648.1 nm发光中心。其中,HPHT合成金刚石经电子注入后普遍存在524.7 nm中心。电子注入后的金刚石经高温(≥800 ℃)真空(≥10-7 Pa)退火后,空位自由移动,不稳定的缺陷消失,当空位靠近氮原子时被束缚而形成氮空位色心。对于氮含量100 ppm的金刚石,当电子注入产生的空位含量小于120 ppm(2.1×1019 cm-3)时,NV-色心浓度与电子注入生成空位的含量的关系符合Boltzmann分布。该研究为利用氮含量100 ppm的金刚石实现定量NV-色心浓度的制备提供了参考依据,为NV-色心在宏观物理量精密测量的应用奠定了基础。     

Single-channel vector magnetic information detection method based on diamond NV color center

A method of detecting the single channel triaxial magnetic field information based on diamond nitrogen-vacancy (NV) color center is introduced. Firstly, the incident angle of the bias magnetic field which can achieve the equal frequency difference optically-detected magnetic resonance (ODMR) spectrum of diamond NV color center is calculated theoretically, and the triaxial magnetic information solution model is also constructed. Secondly, the microwave time-controlled circuit module is designed to generate equal timing and equal frequency difference microwave pulse signals in one channel. Combining with the optical detection magnetic resonance technology, the purpose of sequentially locking and detecting the four formant signals on one side of the diamond NV color center (m_s=-1 state signal) is achieved, and the vector magnetic field information detection is accomplished by combining the triaxial magnetic information solution model. The system can obtain magnetic field detection in a range of 0 mT-0.82 mT. The system's magnetic noise sensitivity is 14.2 nT/Hz^1/2, and the deviation angle errors of magnetic field detection θ_x and θ_y are 1.3^o and 8.2^o respectively.     

铁磁共振磁交换力显微镜

原子间的自旋相互作用力对原子级别磁性纳米构造体的表面磁性质的理解是极为重要的. 磁交换力显微镜是测量表面自旋作用力的重要手段, 但它的缺点一是需要加外部强磁场, 二是不能分离表面形貌和自旋信息, 这就导致材料表面受外部磁场的影响, 而且表面形貌和自旋信息之间相互影响, 使自旋间的相互作用力的检测和成像研究受到限制.为了解决上述问题, 利用原子力显微镜, 并采用微波照射的方法, 根据铁磁共振原理, 分别独立提取磁性材料表面形貌和自旋信息, 称之为铁磁共振磁交换力显微镜, 理论和实验结果表明此方法可以有效地分离两种信息. 铁磁共振磁交换力显微镜可以促进对原子级磁性材料机能的理解以及磁性相关科学领域的进步, 特别是对自旋电子元件的发展有很大的促进作用, 是新世纪高度信息化社会不可缺少的测量技术. 关键词： 原子力显微镜 磁交换力显微镜 自旋 铁磁共振     

超高真空原子尺度Aux/Si(111)-(7×7)表面吸附的电荷分布测量

原子尺度表面吸附Au原子的物理化学性质对研究纳米器件的制备以及表面催化等起着非常重要的作用.利用调频开尔文探针力显微镜研究了室温下Au在Si(111)-(7×7)表面吸附的电荷分布的特性.首先,利用自制超高真空开尔文探针力显微镜成功得到了原子尺度Au在Si(111)-(7×7)不同吸附位的表面形貌与局域接触电势差(LCPD);其次,通过原子间力谱与电势差分析了Au/Si(111)-(7×7)特定原子位置的原子特性,实现了原子识别;并通过结合差分电荷密度计算解释了Au/Si(111)-(7×7)表面间电荷转移与Au的吸附特性.结果显示,Au原子吸附有单原子和团簇形式.其中,Au团簇以6个原子为一组呈六边形结构吸附于Si(111)-(7×7)的层错半单胞内的3个中心原子位;单个Au原子吸附于非层错半单胞的中心顶戴原子位;同时通过电势差测量得知单个Au原子和Au团簇失去电子呈正电特性.表面差分电荷密度结果显示金在吸附过程中发生电荷转移,失去部分电荷,使得吸附原子位置上的功函数局部减少.在短程力、局域接触势能差和差分电荷密度发生变化的距离范围内,获得了理论和实验之间的合理一致性.