發(fā)布時間：2017-11-06 04:30

  本文關(guān)鍵詞：金剛石中NV與Ns缺陷相互作用研究

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【摘要】：由于在量子信息,量子密碼學(xué),量子計算,電磁場精密測量,生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的重要應(yīng)用前景,金剛石內(nèi)的處于-1電荷態(tài)的NV-色心結(jié)構(gòu)近些年來受到了科學(xué)家的廣泛關(guān)注和深入研究。NV-缺陷有明顯的熒光特性,其零聲子線在637nm。自從1997年單個NV-色心被成功探測以來,穩(wěn)定的單光子產(chǎn)生被相繼報道。由于其自旋態(tài)可以通過光波極化或微波激發(fā)等光學(xué)手段進(jìn)行初始化,通過檢測熒光強(qiáng)度的差別進(jìn)行讀取,因此可以用作量子比特,吸引了來自量子計算等領(lǐng)域的廣泛興趣。金剛石NV-缺陷的熒光精細(xì)結(jié)構(gòu)受到磁場,電場和應(yīng)變場的影響,因此它還可用于檢測這些外場性質(zhì)的局域變化。此外,因為金剛石是一種生物相容性材料,納米金剛石的熒光效應(yīng)還可用于熒光生物標(biāo)記對細(xì)胞動力學(xué)進(jìn)行實(shí)時成像,有助于理解細(xì)胞內(nèi)的一些生物和藥理過程。NV-缺陷以上的這些應(yīng)用依賴于其負(fù)的電荷態(tài),而在實(shí)際應(yīng)用中,NV-缺陷的電荷態(tài)可能會暫時或者永久地失去。因此研究如何使NV-缺陷保持負(fù)的電荷態(tài)就顯得尤為重要。一般說來材料中缺陷的電荷態(tài)會受到附近缺陷態(tài)的影響,NV-缺陷與其他缺陷之間的相互作用極大地決定了其電荷態(tài)的穩(wěn)定性。盡管一些應(yīng)用研究已經(jīng)逐步開展,但其物理基礎(chǔ)還遠(yuǎn)未被完全理解。本文利用第一性原理計算方法,研究了Ns缺陷與NV缺陷之間的相互作用,以此為例子來理解金剛石中缺陷之間的相互作用機(jī)制如何影響NV-缺陷電荷態(tài)的穩(wěn)定性。本論文首先計算了金剛石內(nèi)常見缺陷種類NV,替位氮Ns,碳空位V等的電子結(jié)構(gòu)性質(zhì),然后探討了超胞法計算帶電缺陷體系的收斂性問題,并計算了NV,替位氮Ns,碳空位V等缺陷的形成能和電荷態(tài)轉(zhuǎn)換能級,比較了幾種靜電能修正方法的優(yōu)劣；提出了一種新的靜電能修正方法,解決了非立方超胞的Ecorr的計算問題。然后利用此方法,構(gòu)建非立方超胞,計算了NV缺陷與Ns缺陷組成的復(fù)合缺陷的不同電荷態(tài)的形成能,以及復(fù)合缺陷的電荷轉(zhuǎn)換能級,探討了缺陷之間距離對復(fù)合缺陷形成能和電荷態(tài)轉(zhuǎn)換能級的影響,討論了NV缺陷局域的電荷態(tài)對其他缺陷存在的依賴關(guān)系
【學(xué)位授予單位】：南京大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ163

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本文編號：1147381