光致发光光谱研究金刚石光学中心的振动结构

金刚石中不同的缺陷中心具有不同的振动结构. 间隙原子相关中心在离开零声子线165 meV之外存在强且尖锐的局部振动模; 空位相关中心具有很强的振动耦合, 在其零声子线之后出现很强且宽的声子边带, 而在165 meV之外却观察不到局部振动模, 且对于仅涉及一个空位的缺陷来说, 其振动都与一个能量约为42 meV的声子或一个能量约为67 meV的声子或两声子有关.     

金刚石中氮空位中心在外加磁场下的电子自旋共振

金刚石中单个氮空位中心的电子自旋在激光辐射下能够发出近红外的光致荧光,增加微波辐射可以对其进行量子调控,是室温条件下实现量子计算机的主要介质之一.本文利用激光共聚焦扫描显微系统观测到了金刚石晶体中氮空位中心的荧光二维扫描图,并通过二次相关函数测量验证了氮空位中心是单光子源.改变微波辐射频率得到了电子自旋共振谱,从而实现了对单个氮空位中心的量子调控.利用设计的可控静磁场研究了氮空位中心在不同磁场方向和大小时的光致荧光特性和自旋共振峰.实验结果表明两个电子自旋共振峰间的频率间距与静磁场的旋转角度成余弦函数关系,与理论分析结果一致.     

电子辐照金刚石的光致发光研究

本文利用488 nm及325 nm激光器比较了超纯、氮掺杂及硼掺杂三种金刚石经电子辐照所形成的光学中心. 结果表明, 金刚石中引入施主或受主原子后, 形成了新的光学中心, 如NV, DB1中心.     

金刚石氮空位中心自旋量子调控

量子计算和量子传感近年来受到了广泛的关注.金刚石氮空位中心以其简单稳定的自旋能级结构、高效便捷的光学跃迁规则以及室温下超长的自旋量子态相干时间而成为量子信息科学中引人瞩目的新星.本文从实验研究的角度介绍金刚石氮空位中心自旋量子调控的基础理论、典型技术和代表性结果;重点讨论1)如何通过光磁共振方法在室温大气环境下对单个自旋进行探测和相干操控,2)金刚石中自旋量子比特退相干的主要机制和抑制手段,3)自旋态相干操控技术在量子传感中的应用;最后对氮空位中心在量子计算和量子传感中的发展趋势进行了小结.     

掺稀土Ce的金刚石薄膜光致发光研究

制备了不同注入剂量的Ce^3 掺杂金刚石薄膜，研究了其光致发光特性，得到了发光主峰位于蓝紫区（421nm和462nm处）的光发射。实验中发现随着Ce^3 注入剂量的增加，器件光致发光的强度也逐渐增加，这些实验现象作了解释。     

空位在金刚石近(001)表面扩散的分子动力学模拟

用分子动力学方法模拟了空位在金刚石近(001)表面的扩散过程,研究了温度对空位扩散的影响.结果表明,当温度为1000K左右时,位于近表面第二层上的空位开始向表面运动;当温度在1400—2000K时,空位完全扩散到表面.这与实验结果和其他计算结果符合得很好.同时发现,温度为1400—1800K时,空位的扩散经历了两次迁移运动,其分别对应了均方位移图中的两个极大值.在不施加任何约束的条件下得到了空位的动态扩散路径,空位在金刚石近(001)表面的扩散势垒约为042eV.并探讨了一定温度下空位数目增多及其不同排列 关键词： 金刚石 空位 扩散 分子动力学     

Zn1-xMgxO薄膜的光致发光特性研究

采用脉冲激光沉积方法在单晶Si(100)衬底上制备出c轴取向的Zn1-xMgxO单晶薄膜,通过荧光光谱仪研究了薄膜的光致发光特性.实验结果表明,Mg含量增加,Zn1-xMgxO单晶薄膜的紫外发光峰蓝移,发光峰强度减弱,缺陷发光强度增强.同时发现,由于Mg的掺杂,引入了一些束缚能较大的局域束缚态.对于氧气氛下制备的样品,实验发现紫外峰和绿光带发光峰同时增强,但是R值减小,紫外峰红移.对绿光发光机理研究发现,绿光发光带主要与锌空位、氧间隙(Oi)或锌位氧(OZn)等缺陷有关,它是由多个缺陷发光峰组成,各缺陷发光峰强度相对变化导致了绿光发光带的整体移动.     

金刚石氮空位色心体系的量子纠缠态制备

利用金刚石氮空位色心体系耦合于一个双边的光子晶体腔(该光子晶体腔与两个波导耦合)来制备Bell态、GHZ态和团簇态。当光子被探测和进行幺正操作后,就得到纠缠态。同时计算了该体系的保真度,发现在近似参数条件下,该模型可得到较好结果。     

多晶金刚石薄膜硅空位色心形成机理及调控

金刚石硅空位色心在量子信息技术和生物标记领域有重要应用前景.本文对硅衬底上多晶金刚石生长过程中硅空位色心形成机理及调控方法进行研究.通过改变金刚石生长氛围中的氮气和氧气比例,实现了对硅空位色心发光强度的有效调控,所制备系列多晶金刚石样品的光致发光光谱显示,硅空位色心荧光峰与金刚石本征峰的比值最低为1.48,最高可达334.46,该比值与金刚石晶粒尺寸正相关.进一步用光致发光面扫描和拉曼面扫描分析样品可知,多晶金刚石中的硅应来自于硅衬底,在多晶金刚石生长过程中,衬底硅单质先扩散至金刚石晶粒处,随着金刚石晶粒生长,硅单质再扩散并入金刚石晶体结构中形成硅空位色心.不同样品硅空位发光强度的差异,是由于生长过程中氮气和氧气对金刚石硅空位色心的形成分别起到促进和抑制的作用.     

Hole burning—EIT studies of the NV centre in diamond

The negative nitrogen-vacancy centre in diamond is used to illustrate electromagnetically induced transparency features within a coherent hole. A hole is created in an inhomogeneously broadened electron spin transition and its spectrum modified by driving hyperfine transitions. The modified spectrum is discussed in terms of dressed states of the system, and the spectrum is shown to be in good correspondence with numerical solutions of the density matrix for the doubly driven system.     

熔石英中过氧缺陷及中性氧空位缺陷的几何结构、电子结构和吸收光谱的准粒子计算

本文使用密度泛函理论研究了熔石英中peroxy linkage(POL)缺陷和中性氧空位(NOV)缺陷的几何结构,电子结构以及光学性质.采用自洽的准粒子GW计算结合求解Bathe-Salpeter方程的多体理论,研究了缺陷引起的电子结构和光学吸收谱的变化.首先研究了无缺陷非晶结构的电子结构与吸收谱,得到的结果与实验值非常接近.对POL的计算表明,其在基态下的局部结构与过氧化氢分子类似.采用多体理论计算得到的吸收谱表明其最低吸收峰位于6.3 eV处.这一结果不支持实验认为的位于3.8 eV处的吸收峰是由POL缺陷导致的说法.对于NOV缺陷,计算表明其基态的Si—Si键长为2.51?而三重态下的值则为3.56?.相应的GW+BSE计算表明中性氧空位缺陷导致了位于7.4 eV处的吸收峰,与实验测量结果一致.     

PbWO4晶体中铅空位相关的色心模型

使用密度泛函缀加平面波法，按照能量最低原理采用共轭梯度方法对几种含铅空位和不含铅 空位的钨酸铅晶体进行结构优化处理，计算了铅空位周围晶格的弛豫，得到铅空位周围的晶 格结构，同时对计算结果进行了讨论；在得到几何优化结构的基础上，利用相对论性密度泛 函离散变分法进一步计算了几种钨酸铅晶体结构的电子态密度.计算结果表明：1）铅空位周 围的晶格驰豫的结果使铅空位的局部电负性减弱.2）Pb 6s态的能级位于离价带顶10eV左右 ，说明Pb 6s态上的电子很难再失去，所以在钨酸铅中不太可能存在Pb3+或Pb4+ .3）价带顶主要由O的2p态占居，氧的2p态最容易失去电子.4）铅空位周围的可能形成的 色心是VF- VK+缔合色心. 关键词： 铅空位 PbWO4晶体 结构优化 电子结构 色心     

Effect of oxygen vacancy defect on the magnetic properties of Co-doped ZnO

The influence of oxygen vacancy on the magnetism of Co-doped ZnO has been investigated by the first-principles calculations.It is suggested that oxygen vacancy and its location play crucial roles on the magnetic properties of Co-doped ZnO.The exchange coupling mechanism should account for the magnetism in Co-doped ZnO with oxygen vacancy and the oxygen vacancy is likely to be close to the Co atom.The oxygen vacancy (doping electrons) might be available for carrier mediation but is localized with a certain length and can strengthen the ferromagnetic exchange interaction between Co atoms.     

First-principle calculation on the defect energy level of carbon vacancy in 4H--SiC

First, electronic structures of perfect wurtzite 4H-SiC were calculated by using first-principle ultra-soft pseudo- potential approach of the plane wave based on the density functional theory; and the structure changes, band structures, and density of states were studied. Then the defect energy level of carbon vacancy in band gap was examined by substituting the carbon in 4H-SiC with carbon vacancy. The calculated results indicate the new defect energy level generated by the carbon vacancy, and its location in the band gap in 4H-SiC, which has the character of deep acceptor. A proper explanation for green luminescence in 4H-SiC is given according to the calculated results which are in good agreement with our measurement results.     

氮对金刚石缺陷发光的影响

利用低温显微荧光光谱研究了IIa型、Ib型、Ia型金刚石的缺陷发光性质. 研究发现, 随着氮含量增加, 间隙原子及空位逐渐被氮原子所束缚, 从而使得GR1中心、533.5 nm及580 nm中心等本征缺陷发光减弱, 而氮-空位复合缺陷(NV中心)及523.7 nm中心等氮相关缺陷发光增强. 高温退火后, 间隙原子与空位可以自由移动, IIa型金刚石中出现了NV⁰中心, Ib型金刚石中只剩下了NV中心, Ia型金刚石中氮原子之间发生团聚, 出现了H3中心及N3中心. 另外, 氮作为施主原子, 有利于负电荷缺陷的形成, 如3H 中心、NV^- 中心.     

金刚石纳米颗粒中氮空位色心的电子自旋研究

通过电子注入的方法制备了含氮空位色心单光子源的金刚石荧光纳米颗粒. 自旋回声测试结果表明, 纳米颗粒中氮空位色心的相干时间T₂很短, 介于0.86 μs至5.6 μs之间. Ramsey干涉条纹测试结果表明, 氮空位色心NV1点的退相干时间T₂^* 最大, 为0.7 μs, 其电子自旋共振谱可分辨的最小线宽为1.05 MHz. 并且NV1点的电子自旋共振谱可分辨氮空位色心本身的¹⁴N核自旋与 氮空位色心电子自旋之间的2.2 MHz超精细相互作用, 这对于在金刚石纳米颗粒中实现核自旋的操控和多个量子比特的门操作具有重要意义. 关键词： 纳米颗粒 氮空位色心 电子自旋     

掺杂金刚石薄膜的缺陷研究

利用多普勒增宽谱和电子顺磁共振研究了掺硼和掺硫金刚石薄膜的缺陷状态.多普勒增宽谱的结果表明，不同杂质元素掺杂的金刚石薄膜，其中使正电子湮没的缺陷种类是相同的；正电子与不同杂质元素硼、硫之间的相互作用不明显；少量硼可使金刚石膜中的空位浓度减少.EPR结果表明，各掺杂样品的顺磁信号主要来自于金刚石的碳悬键. 关键词： 金刚石 掺杂 多普勒增宽谱 电子顺磁共振