Просмотр кода страницы NV-центр

'''NV-центр''' ({{Lang-en|nitrogen-vacancy center}}) или '''азото-замещённая вакансия в алмазе''' — это один из многочисленных точечных [[Дефекты кристалла|дефектов]] [[алмаз|алмаза:]] нарушение строения [[Кристаллическая решётка|кристаллической решётки]] алмаза, возникающее при удалении [[атом]]а [[углерод]]а из узла [[Кристаллическая решётка|решётки]] и связывании образовавшейся [[Вакансия (физика)|вакансии]] с атомом [[азот]]а.

Уникальность дефекта заключается в том, что его свойства практически аналогичны свойствам [[атом]]а, будь тот «заморожен» в [[Кристаллическая решётка|кристаллической решётке]] [[алмаз]]а: [[электрон]]ные [[спин]]ы индивидуального центра легко манипулируются: [[свет]]ом; [[Магнитное поле|магнитным]], [[Электрическое поле|электрическим]] и [[Микроволновое излучение|микроволновыми]] [[Поле (физика)|полями]]; — что позволяет записывать [[квантовая информация|квантовую информацию]] ([[кубит]]ы) на [[спин]]е [[Атомное ядро|ядра]] центра. Такая манипуляция возможна даже при комнатной температуре; центр имеет продолжительное (достигающее нескольких миллисекунд) время хранения наведённой [[спин]]овой [[Поляризация волн|поляризации]]. В настоящее время — NV-центр может рассматриваться как базовый [[Логические элементы|логический элемент]] будущего квантового [[процессор]]а, необходимого для создания [[Квантовый компьютер|квантового компьютера]], [[Электросвязь|линий связи]] с квантовым [[Протокол передачи данных|протоколом безопасности]] и других применений [[спинтроника|спинтроники]]<ref>{{статья
|заглавие=Far-field optical imaging and manipulation of individual spins with nanoscale resolution
|издание=[[Nature Physics]]
|страницы=1—7
|doi=10.1038/nphys1774
|язык=en
|тип=journal
|автор=P. C. Maurer, J. R. Maze, P. L. Stanwix, L. Jiang, A. V. Gorshkov, A. A. Zibrov, B. Harke, J. S. Hodges, A. S. Zibrov, A. Yacoby, et al.}}</ref><ref>{{статья
|заглавие=Quantum register based on individual electronic and nuclear spin qubits in diamond.
|издание=Science
|том=1312—1316
|страницы=1—7
|doi=10.1126/science.1139831
|язык=en
|тип=journal
|автор=M. V. Gurudev Dutt, L. Childress, L. Jiang, E. Togan, J. Maze, F. Jelezko, A. S. Zibrov, P. R. Hemmer, M. D. Lukin
|год=2007}}</ref>.

== Структура центра ==
[[Файл:Diamond Structure.png|thumb|350px|Упрощённая структура N-V<sup>−</sup> центра]]
NV-центр является [[Дефекты кристалла|дефектом]] [[Кристаллическая решётка|кристаллической решётки]] [[алмаз]]а. Этот дефект включает в себя [[Вакансия (физика)|вакансию]] [[Кристаллическая решётка|решётки]] со связанным с ней [[атом]]ом [[азот]]а. Размер [[Кристаллическая решётка|решётки]] составляет 3,56 [[ангстрем]]а; [[Осевая симметрия|ось симметрии]] проходит по линии, соединяющей вакансию и атом [[азот]]а (изображена на иллюстрации как линия [111]).

=== Методы исследования ===
Из спектроскопических исследований известно, что этот дефект может иметь заряд: отрицательный (N-V<sup>−</sup>) или нейтральный (N-V<sup>0</sup>). В исследованиях использовались различные методы: [[оптическое поглощение]]<ref name="davies">{{статья
|заглавие=Optical Studies of the 1.945 eV Vibronic Band in Diamond
|издание=[[Proceedings of the Royal Society#Proceedings of the Royal Society A|Proceedings of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences (1934-1990)]]
|том=348
|страницы=285
|doi=10.1098/rspa.1976.0039
|язык=en
|тип=journal
|автор=Davies G., Hamer M. F.,
|год=1976}}</ref><ref>{{статья
|заглавие=Change of absorption spectra in type-Ib diamond with heavy neutron irradiation
|издание=[[Physical Review|Physical Review B]]
|том=53
|страницы=11360
|doi=10.1103/PhysRevB.53.11360
|язык=en
|тип=journal
|автор=Mita Yoshimi
|год=1996}}</ref>, [[фотолюминесценция]] (ФЛ)<ref name="photochromism">
{{статья
|заглавие=Photochromism of vacancy-related centres in diamond
|издание={{Нп3|Journal of Physics: Condensed Matter}}
|том=12
|pages189
|doi=10.1088/0953-8984/12/2/308
|язык=en
|тип=journal
|автор=Iakoubovskii K., Adriaenssens G.J., Nesladek M.,
|год=2000}}</ref>, [[электронный парамагнитный резонанс]] (ЭПР)<ref name="w15b">{{статья
|заглавие=Electron spin resonance in the study of diamond
|издание={{Нп3|Reports on Progress in Physics}}
|том=41
|страницы=1201
|doi=10.1088/0034-4885/41/8/002
|язык=en
|автор=Loubser J. H. N., van Wyk J. A.
|год=1978
|тип=journal}}</ref><ref name="redman">{{статья
|doi=10.1103/PhysRevLett.67.3420
|заглавие=Spin dynamics and electronic states of N-V centers in diamond by EPR and four-wave-mixing spectroscopy
|издание=[[Physical Review Letters]]
|том=67
|страницы=3420
|язык=en
|тип=journal
|автор=Redman D., Brown S., Sands R., Rand S.
|год=1991}}</ref> и [[оптически детектируемый магнитный резонанс|оптически-детектируемый магнитный резонанс]] (ОДМР)<ref name="gruber">
{{статья
|заглавие=Scanning Confocal Optical Microscopy and Magnetic Resonance on Single Defect Centers
|издание=Science
|том=276
|страницы=2012
|doi=10.1126/science.276.5321.2012
|язык=en
|тип=journal
|автор=Gruber, A.
|год=1997}}</ref>, который можно считать гибридом ФЛ и ЭПР; ЭПР даёт наиболее подробную картину взаимодействия. Атом [[азот]]а имеет пять [[Валентный электрон|валентных электронов]]: три из них — [[Ковалентная связь|ковалентно связаны]] с близлежащими атомами [[углерод]]а; два — с [[Вакансия (физика)|вакансией]]. Дополнительный [[электрон]] — центр захватывает со «стороны» (видимо, от другого атома [[азот]]а); иногда центр теряет этот электрон, превращаясь в нейтральный.<ref>{{статья
|doi=10.1103/PhysRevB.77.081201
|заглавие=Electron paramagnetic resonance studies of the neutral nitrogen vacancy in diamond
|издание=[[Physical Review|Physical Review B]]
|том=77
|страницы=081201
|язык=en
|тип=journal
|автор=Felton S., Edmonds A. M., Newton M. E., Twitchen D. J.
|год=2008}}</ref>

У негативно [[Электрический заряд|заряженного]] центра (N-V<sup>−</sup>) — [[электрон]] находится рядом с вакансией, образуя [[спин]]овую пару S=1 с одним из её [[Валентный электрон|валентных электронов]]. Как и в N-V<sup>0</sup> — [[электрон]]ы вакансии обмениваются ролями, сохраняя полную тригональную симметрию. [[Квантовое состояние|Состояние]] N-V<sup>−</sup> обычно и называют ''NV-центром''. [[Электрон]] находится большую часть времени (90[[Процент|%]]) вблизи вакансии NV-центра.<ref>{{статья
|издание=[[Nature Physics]]
|заглавие=Quantum register based on coupled electron spins in a room-temperature solid
|том=AOP
|страницы=1—5
|doi=10.1038/NPHYS1536
|язык=en
|тип=journal
|автор=P.Neumann, R.Kolesov, B.Naydenov , et al.
|год=2010}}</ref>

NV-центры, как правило, [[Случайность|случайно]] разбросаны в теле [[алмаз]]а — но [[ионная имплантация]] позволяет создавать центры в определённо заданном месте.<ref name="V2">{{статья
|заглавие=Diamond Age of Spintronics
|издание=[[Scientific American]]
|страницы=90
|язык=en
|автор=David D. Awschalom, Ryan Epstein and Ronald Hanson
|месяц=10
|год=2007
|издательство=[[Springer Nature]]
}}</ref>

== Энергетическая структура уровней NV-центра ==
[[Файл:NV levels.gif|thumb|350px|Схема [[Атомная орбиталь|уровней]] N-V<sup>−</sup> центра.
[[Электрон]]ные [[Квантовый скачок|переходы]] между основными ³А и возбуждёнными ³Е [[Энергетический уровень|состояниями]], разделёнными 1.945 [[Электронвольт|эВ]] (637 [[Нанометр|нм]]) и определяющими [[спектр]] [[Поглощение электромагнитного излучения|поглощения]] и [[Люминесценция|люминесценции]]. [[Основное состояние|Состояние]] ³А расщеплено на 1027 [[Гаусс (единица измерения)|гаусс]] (~5.6 µ[[Электронвольт|эВ]]), а состояние ³E — на 508 [[Гаусс (единица измерения)|гаусс]]<ref name="fuchs">{{статья
|заглавие=Excited-State Spectroscopy Using Single Spin Manipulation in Diamond
|издание=Physical Review Letters,
|том=101
|страницы=117601
|doi=10.1103/PhysRevLett.101.117601
|язык=en
|тип=journal
|автор=Fuchs G. D., Dobrovitski V. V., Hanson R., Batra A., Weis C. D., Schenkel T., Awschalom D. D.,
|год=2008}}</ref> (~2.9 µ[[Электронвольт|эВ]]). Числа: 0, −1, +1 близ горизонталей — обозначают величину [[спин]]а. Расщепление из-за [[Спин-орбитальное взаимодействие|спин-орбитального]] [[Вырождение (квантовая механика)|вырождения]] — не показано.
]]

[[Энергетическая структура]] N-V<sup>−</sup> центров изучалась теоретически и экспериментально. В экспериментах в основном применялся комбинированный способ [[Возбуждение (физика)|возбуждения]]: [[метод электронного параметрического резонанса]] и [[Вынужденное излучение|лазерное излучение]].

=== [[Гамильтониан (квантовая механика)|Гамильтониан]] ===
[[Спин]]овый [[Гамильтониан (квантовая механика)|Гамильтониан]] центра, у которого в [[Вакансия (физика)|вакансии]] находится [[Изотопы|изотоп]] [[азот]]а <math>N^{14}</math>, — имеет вид:<ref>{{статья |заглавие=Universal enhancement of the optical readout fidelity of single electron spins at nitrogen-vacancy in diamond |издание=Phys.Rev B |том=81 |страницы=035205 |doi=10.1103/Phys.RevB.81.035205 |язык=en |тип=journal |автор=M.Steiner, P.Neumann, J. Beck, F. Jelezko, and J. Wrachtrup}}</ref>

<math>H=D\hat{S}^2_z + g \beta \hat{S}_z B + A\hat{I}\hat{S} + g_n \beta_n \hat{I}_z B + Q\hat{I}^2_z </math>

…комментарий к которому приведён в таблице 1.
{| class="wikitable"
|+Таблица 1
|'''D''' и '''A'''
|[[тензор]]ы [[Тонкая структура|тонкого]] и [[Сверхтонкая структура|сверхтонкого]] расщепления
|-
|'''Q'''
|[[тензор]] [[квадруполь]]ного ядерного расщепления
|-
|<math>g, g_n  </math>
|[[электрон]]ный и [[Атомное ядро|ядерный]] факторы <math>g</math>
|-
|<math>\beta,\beta_{e,n}</math>
|[[магнетон Бора]] и [[ядерный магнетон]]
|}

{| border="1" width="50%"
 |+Таблица 2
 |-
 | width="10%" |
 ! width="20%" |D, MHz
 ! width="20%" |A, MHz
 ! width="20%" |Q, MHz
 |-
 !<math>^3 A</math>
 !  2870
 !  −2.166
 !  4.945
 |-
 !<math>^3 E</math>
 !  1420
 !  40
 |
 |}

Схема [[Энергетический уровень|уровней]] — представлена на рисунке. Чтобы определить собственные [[Квантовое состояние|состояния]] центра — его рассматривают как [[Молекула|молекулу]]; в расчётах применяется метод [[Линейная комбинация|линейной комбинации]] [[Атомная орбиталь|атомных орбиталей]] и используется [[теория групп]], учитывающая симметрии: как алмазной [[Кристаллическая структура|кристаллической структуры]], так и самого NV. Энергетические уровни помечены в соответствии с симметрией группы <math>C_{3V}</math>, то есть: <math>A_{1}</math>, <math>A_{2}</math> и <math>E</math>.<ref>[[Список кристаллографических групп]]</ref>

Числа «3» в ³A и «1» в <sup>1</sup>A — представляют число [[спин]]овых состояний, разрешённых для ''m''<sub>''s''</sub>: ''спиновую [[мультиплетность]]'', лежащую от −''S'' до ''S'' при полном числе 2''S''+1 возможных [[Квантовое состояние|состояний]] (если ''S''=1 — ''m''<sub>''s''</sub> может принимать значения: −1, 0, 1). Уровень <sup>1</sup>A — предсказан теорией, и играет важную роль в подавлении [[Фотолюминесценция|фотолюминесценции]], — но прямого экспериментального наблюдения этого [[Квантовое состояние|состояния]] пока не было…

[[Файл:NV spectrum.gif|thumb|right|350px|Спектр флуоресценции N-V<sup>−</sup> центра при температуре 9 К<sup>o</sup>. Узкий пик является т. н. люминесценцией нулевой фононной линии (анг. zero phonon line). В этом пике содержится около 4 % всей люминесценции]]

В отсутствие внешнего [[Магнитное поле|магнитного поля]] — [[электрон]]ные [[Энергетический уровень|состояния]] ([[Энергетический уровень|основное]] и [[Возбуждённое состояние|возбуждённое]]) расщеплены [[Магнитное поле|магнитным]] взаимодействием между двумя неспаренными [[электрон]]ами N-V<sup>−</sup> центра: при параллельных [[спин]]ах [[электрон]]ов (m<sub>s</sub>=±1) — их [[энергия]] больше, чем в случае с антипараллельными [[спин]]ами (m<sub>s</sub>=0).

Чем дальше отделены [[электрон]]ы — тем слабее взаимодействие '''D''' (приблизительно, '''D''' ~ 1/''r''³).<ref name="автоссылка2">Loubser, J H N; Wyk, J A van (1978), Reports on Progress in Physics 41: 1201. doi:10.1088/0034-4885/41/8/002.</ref> Иными словами, меньшее расщепление [[Возбуждённое состояние|возбуждённого]] [[Энергетический уровень|состояния]] — означает большую удалённость друг от друга [[электрон]]ов. Когда N-V<sup>−</sup> находится во внешнем [[Магнитное поле|магнитном поле]] — оно не влияет ни на ''m''<sub>''s''</sub>=0 состояния, ни на <sup>1</sup>A состояние (из-за того, что ''S''=0), но расщепляет ''m''<sub>''s''</sub>=±1 [[Энергетический уровень|уровни]]; если же [[магнитное поле]] сориентировано вдоль оси [[Вакансия (физика)|дефекта]] и его величина достигает 1027 [[Гаусс (единица измерения)|гаусс]] (или 508 [[Гаусс (единица измерения)|гаусс]]), то [[Энергетический уровень|уровни]] ''m''<sub>''s''</sub>=−1 и ''m''<sub>''s''</sub>=0 в основном (или возбуждённом) состоянии имеют одинаковую энергию. При этом они сильно взаимодействуют через т. н. ''спиновую поляризацию'', что очень сильно влияет на интенсивности: оптического поглощения и люминесценции этих уровней.<ref name="fuchs"/>

Для того чтобы это понять — необходимо иметь в виду, что переходы между электронными состояниями происходят с сохранением полного спина. По этой причине, переходы ³E↔<sup>1</sup>E и <sup>1</sup>A↔³A — безызлучательные и тушат люминесценцию, — тогда как переход m<sub>s</sub> = −1 ↔ 0 запрещён в отсутствие поля и становится разрешённым, когда магнитное поле перемешивает m<sub>s</sub>=−1 и m<sub>s</sub>=0 уровни основного состояния. Результатом является то, что интенсивность люминесценции можно сильно модулировать магнитным полем.

Возбуждённое состояние ³E — дополнительно расщеплено, благодаря орбитальному вырождению и спин-орбитальному взаимодействию. Это расщепление может быть промодулировано внешним статическим полем: как электрическим, так и магнитным.<ref name="stark">{{статья
|заглавие=Stark Shift Control of Single Optical Centers in Diamond
|издание=[[Physical Review Letters]]
|том=97
|страницы=083002
|doi=10.1103/PhysRevLett.97.083002
|язык=en
|тип=journal
|автор=Tamarat, Ph.; Gaebel, T.; Rabeau, J.; Khan, M.; Greentree, A.; Wilson, H.; Hollenberg, L.; Prawer, S. et al.
|год=(2006).}}</ref><ref name="stark2">{{статья
|doi=10.1088/1367-2630/10/4/045004
|заглавие=Spin-flip and spin-conserving optical transitions of the nitrogen-vacancy center in diamond
|authot=Tamarat Ph, Manson N. B., Harrison J. P., McMurtrie R. L., Nizovtsev A., Santori C., Beausoleil R. G., Neumann P., Gaebel T.,
|издание=[[New Journal of Physics]]
|том=10
|страницы=045004
|язык=en
|тип=journal
|год=2008}}</ref>

Расстояние между уровнями <math>m_s=0</math> и <math>m_s=\pm1</math> приходится на микроволновый диапазон (~2.88 [[Герц (единица измерения)|ГГц]]). Облучая центр микроволновым полем, можно изменять населённость подуровней основного состояния — и тем самым модулировать интенсивность люминесценции. Эта техника называется методом [[электронный парамагнитный резонанс|электронного парамагнитного резонанса]].

=== Сила осциллятора перехода <math>(^3A \Leftrightarrow ^3E)  </math> ===
Переход из основного триплетного состояния A³ в возбуждённое триплетное состояние Е³ имеет большую силу осциллятора: 0,12 (для сравнения: D1 линия Rb<sup>87</sup> имеет 0.6956) — что позволяет легко детектировать этот переход оптическими методами. Хотя тонкая структура возбуждённого состояния сильно зависит от окружения центра, но известно, что переход из возбуждённого m<sub>s</sub>=0 (³E) в основное m<sub>s</sub>=0 (³A) состояние сохраняет спин состояния — тогда как переход из состояний m<sub>s</sub>=±1 (³E) в m<sub>s</sub>=0 (³A) происходит безызлучательным способом. Этот переход осуществляется в два этапа: через [[синглетное состояние]] <sup>1</sup>A.

Существует также дополнительное расщепление состояний m<sub>s</sub>=±1, являющееся результатом сверхтонкого взаимодействия между ядерным и электронным спинами. В итоге, [[спектр поглощения]] и люминесценции N-V<sup>−</sup> центра состоит приблизительно из дюжины узких линий разделённых на несколько МГц—ГГц. Интенсивность и положение этих линий могут быть промодулированы следующими способами:
[[Файл:NV-Setup.gif|thumb|300px|Установка для исследования свойств NV-центров. Основа установки — [[конфокальный микроскоп]] (состоящий из высокоапертурного иммерсионного объектива OBJ (NA=1.45), линз, одномодового оптического волокна и дихроичных зеркал). SPCM — счётчик одиночных фотонов; гальванометр — сканирует пучок света от зелёного лазера по поверхности образца.]]
* Амплитуда и направление магнитного поля, которое расщепляет состояния ''m''<sub>''s''</sub> = ±1 в основном и в возбуждённых термах;
* Амплитуда и направление напряжений: механического (простое сжатие алмаза) или электрического;<ref name="stark"/><ref name="stark2"/>
* Непрерывное микроволновое излучение;<ref name="stark2"/>
* Лазерное излучение, возбуждающее селективно тот или иной уровень основного состояния:<ref name="stark2"/><ref>{{статья
|doi=10.1103/PhysRevLett.97.247401
|заглавие=Coherent Population Trapping of Single Spins in Diamond under Optical Excitation
|том=97
|страницы=247401
|язык=en
|тип=journal
|автор=C. Santori1, P. Tamarat, P. Neumann, J. Wrachtrup, D. Fattal, R.G. Beausoleil, J. Rabeau, P. Olivero, A. D. Greentree, S. Prawer, F. Jelezko, and Philip Hemmer,
|год=2006}}</ref> импульсное микроволновое излучение возбуждает в центрах динамические эффекты ([[Частота Раби|Раби перевёртывание]], [[Частота Раби|Раби осцилляции]]).<ref>{{статья
|заглавие=Room-temperature manipulation and decoherence of a single spin in diamond
|издание=[[Physical Review|Physical Review B]]
|том=74
|страницы=161203
|doi=10.1103/PhysRevB.74.161203
|язык=en
|тип=journal
|автор=Hanson R., Gywat O., Awschalom D. D.,
|год=2006}}</ref><ref>{{статья
|doi=10.1126/science.1139831
|заглавие=Quantum Register Based on Individual Electronic and Nuclear Spin Qubits in Diamond
|издание=Science
|том=316
|страницы=1312
|язык=en
|тип=journal
|автор=Dutt M.V.G., Childress L., Jiang L., Togan E., Maze J., Jelezko F., Zibrov A. S., Hemmer P. R., Lukin M.D.
|год=2007}}</ref><ref>{{статья
|doi=10.1126/science.1131871
|заглавие=Coherent Dynamics of Coupled Electron and Nuclear Spin Qubits in Diamond
|издание=Science
|том=314
|страницы=281
|язык=en
|тип=journal
|автор=Childress L., Gurudev Dutt M. V., Taylor J. M., Zibrov A. S., Jelezko F., Wrachtrup J., Hemmer P. R., Lukin M. D.
|год=2006}}</ref><ref>{{статья
|doi=10.1103/PhysRevLett.100.077401
|заглавие=Temporal Coherence of Photons Emitted by Single Nitrogen-Vacancy Defect Centers in Diamond Using Optical Rabi-Oscillations
|издание=[[Physical Review Letters]]
|том=100
|страницы=077401
|язык=en
|тип=journal
|автор=Batalov A., Zierl C., Gaebel T., Neumann P., Chan I.-Y., Balasubramanian G. Hemmer P. R.,  Jelezko F., Wrachtrup J.,
|год=2008}}</ref><ref>{{статья
|doi=10.1103/PhysRevLett.92.076401
|заглавие=Observation of Coherent Oscillations in a Single Electron Spin
|издание=[[Physical Review Letters]]
|том=92
|страницы=076401
|язык=en
|тип=journal
|автор=Jelezko F., Gaebel T., Popa I., Gruber A., Wrachtrup J.,
|год=2004}}</ref>

Микроволновый импульс когерентно возбуждает электронные спины центра; за состоянием электронных спинов следят по флуоресценции оптических переходов. Динамические эффекты весьма важны при создании [[Квантовый компьютер|квантовых компьютеров]].

== Тонкий оптический спектр ==
[[Файл:Correlation G2.gif|thumb|300px|Корреляционная функция интенсивности излучения NV-центра <math> g^2(\tau)</math>. Измерение было сделано по методу [[Хэнбери Браун-Твисс]] (Hanbury Brown and Twiss). Из кривой можно сделать вывод, что одиночный NV-центр является источником одиночных фотонов (antibunching, <math> g^2(\tau)</math> <1 при <math> \tau =0</math>). ]]

Тонкий оптический спектр NV-центра определяется несколькими факторами:
* [[Механическое напряжение|Механическим напряжением]] внутри кристалла;
* Присутствием атомов в окружении NV-центра:
** Изотоп азота [[Азот-14|<sup>14</sup>N]];
** Изотоп углерода [[Углерод-13|<sup>13</sup>C]]; <br>— имеющих ядерный спин равный 1 и ½, соответственно. Спин-спиновое взаимодействие ядра и электронов приводит к дополнительному усложнению спектра центра.

Изотопы [[Азот-15|<sup>15</sup>N]] и [[Углерод-12|<sup>12</sup>C]] имеют ядерный спин равный ½ и 0, соответственно.

=== Ширина спектра флуоресценции нулевой фононной линии ===
Ширина спектра флуоресценции {{iw|Нулевая фононная линия и фотонная боковая полоса|нулевой фононной линии|en|Zero-phonon line and phonon sideband}} <math>\gamma(T)</math> при температурах T < 10 K постоянна и равна 13 МГц. С повышением температуры — ширина растёт по закону: <math>{\gamma(T)= 2\pi\times~16.2 MHz + c_2 r T^5}</math>,

где <math>{c_2=(9.2\pm 0.5)\times 10^{-7} K^{-5}}</math>, и <math>{r = (12.5 ns)^{-1}}</math>. Такую зависимость объясняют перемешиванием спиновых состояний в возбуждённом состоянии <math>{^3}E </math>.<ref>Kai-Mei C. Fu, Charles Santori, Paul E Barclay, Lachlan J. Rogers, Neil B. Manson, and Raymond G. Beausoleil, Phys.Rev.Lett. '''103''', 256404 (2009)</ref>


== Изготовление ==
Даже высокочистый природный и синтетический (IIa-типа) алмаз содержит небольшую концентрацию NV-центров. (Высокочистый синтетический алмаз изготавливают с помощью [[Химическое осаждение из паровой фазы|химического осаждения из паровой фазы]] (CVD)). Если же концентрация центров недостаточна, то образцы облучают и отжигают. Облучение ведут высокоэнергетическими частицами (10—80 кэВ); это может быть поток: электронов, протонов, нейтронов и гамма-частиц. NV<sup>−</sup>-центры создаются на глубине до 60 мкм. Интересно, что NV<sup>0</sup> в основном залегают до 0.2 мкм глубин. Созданные вакансии при комнатной температуре малоподвижны, однако при повышении температуры (выше 800С) их подвижность значительно вырастает. Атом азота, внедрённый в решётку, захватывает одну из вакансий и создаёт с другой соседней вакансией NV<sup>−</sup>.<ref>{{статья
|doi=10.1098/rsta.1991.0135
|заглавие=On the Dilatation of Synthetic Type Ib Diamond by Substitutional Nitrogen Impurity
|W., Welbourn C. M.
|издание=Philosophical Transactions of the Royal Society: Physical and Engineering Sciences (1990-1995
)
|том=337
|страницы=497
|язык=en
|тип=journal
|автор=Lang A. R., Moore M., Makepeace A. P. W., Wierzchowski
|год=1991}}</ref><ref>{{статья
|doi=10.1088/0953-8984/13/26/316
|издание={{Нп3|Journal of Physics: Condensed Matter}}
|заглавие=Trapping of vacancies by defects in diamond
|том=13
|страницы=6015
|язык=en
|автор=K. Iakoubovskii and Guy J. Adriaenssens
|год=2001
|тип=journal}}</ref>

Алмаз известен тем, что его решётка имеет внутренние напряжения, которые расщепляют, смещают и уширяют уровни NV-центра. Для регистрации узких линий (~10 MHz) на переходе <math>^3A  \Leftrightarrow ^3E</math> нужно принимать особые меры к качеству кристалла.<ref name="автоссылка1">{{статья |doi=10.1103/PhysRevLett.97.083002 |заглавие=Stark Shift Control of Single Optical Centers in Diamond |издание=[[Physical Review Letters]] |том=97 |страницы=083002 |язык=en |тип=journal |автор=Tamarat, Ph.; Gaebel, T.; Rabeau, J.; Khan, M.; Greentree, A.; Wilson, H.; Hollenberg, L.; Prawer, S.; Hemmer, P. |год=2006}}</ref> Для этого используют высоко-чистый природный алмаз или синтетически изготовленный (IIa-типа).

Для исследования центров обычно применяют [[конфокальный микроскоп|конфокальный сканирующий микроскоп]], имеющий субмикронное разрешение (~250 нм).

== Примечания ==
{{примечания}}
{{Квантовая информатика}}
[[Категория:Атомная физика]]
[[Категория:Квантовая оптика]]
[[Категория:Молекулярная физика]]
[[Категория:Алмазы]]
[[Категория:Спинтроника]]
[[Категория:Кристаллография]]