金剛石中NV色心是由金剛石中替位氮原子(N)和鄰近的碳空位(V)組成的缺陷結(jié)構(gòu)。其中NV~-在室溫下穩(wěn)定性好,電子自旋相干時間長,能被激光和微波操控,被認(rèn)為是量子傳感領(lǐng)域最具有潛力的結(jié)構(gòu)。廣泛應(yīng)用于微弱磁場、電場、應(yīng)力以及溫度、壓強、自旋等物理量的精密測量。塊材金剛石中NV色心的濃度、均勻度以及分布是影響NV色心光學(xué)讀出的重要參數(shù)。利用光譜檢測的方法精確地測算出Ib型金剛石中NV色心微區(qū)的濃度,進一步計算出NV色心的均勻度以及分布規(guī)律。本文主要研究內(nèi)容:1、通過對含氮量為100ppm的Ib型HTHP金剛石的100晶面進行不同劑量的電子輻照并進行高溫退火,分別得到含有不同濃度NV色心的樣品。并利用紅外光譜檢測樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化。利用拉曼光譜分析測算出不同輻照劑量后樣品中NV色心的濃度。2、因為NV色心在塊材金剛石不同位置的濃度并不相同,本研究提出一種利用顯微光致發(fā)光光譜技術(shù)精確測量NV色心在樣品中的分布、濃度、以及均勻度的方法。將4個塊材金剛石的100面分割成256個100um?100um的微區(qū)域,分別讀取了每一個微區(qū)域的光致發(fā)光光譜,分析其顯微光致發(fā)光光譜中特征峰以及聲子邊帶的代表意義,通過光譜的峰位可以判斷NV色心在塊材金剛石中的電荷狀態(tài)。對光譜上NV色心零聲子線附近的光譜進行積分可以計算出該點處對應(yīng)NV色心的濃度。3、通過對比每一個點陣的光譜數(shù)據(jù)分析了NV色心在金剛石中的分布規(guī)律并進一步計算出NV色心在整個100面分布的均勻度。結(jié)果表明NV色心在金剛石內(nèi)并非均勻分布,電子輻照3h的樣品的各微區(qū)濃度最高。電子輻照2h的樣品均勻度最好。該研究精確地測量出NV~-色心在直徑1.3um微區(qū)的熒光光譜特征以及平面的分布和均勻度,為制備定量和均勻分布的NV色心提供了依據(jù),對集群NV~-色心在塊材金剛石中的精確分布的表征提供了有效參考。
【學(xué)位單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：O773
【部分圖文】：

一塊沒有被電子輻照過，作為對比基準(zhǔn)，利用 NV 色心對 1332cm的紅外有吸收作用，通過紅外吸收光譜計算出樣品中 NV 色心的濃度。本文通過顯微拉曼光譜儀測量樣品100 面 256 個直徑為1.3um 微區(qū)中NV色心的光致發(fā)光光譜，計算出不同微區(qū) NV 色心的濃度，并進行不同方向上 NV 色心分布對比進一步計算出 NV 色心在整個二維平面的分布特征和均勻度。1.2 金剛石的簡介金剛石為單質(zhì)礦物，化學(xué)成分是碳，實驗室分析表明寶石金剛石 99.95%是碳原子，其余由多種雜質(zhì)組成，主要雜質(zhì)由 Si、Ca、N、B 等，雜質(zhì)的存在使金剛石的顏色和透明度發(fā)生變化，影響其質(zhì)量和價值。純凈的金剛石為無色透明自然界中由于雜質(zhì)元素的滲入以及各種結(jié)構(gòu)缺陷使其呈現(xiàn)不同顏色，如圖 1.1 中圖片所示，常見的有透明色、粉色、黃色、綠色還有很少見的黑色。

中北大學(xué)學(xué)位論文中每個晶胞互相嵌套，晶胞的參數(shù)為 較高是 34%，金剛石結(jié)構(gòu)的每個結(jié)晶學(xué)的坐標(biāo)如下表 1-1 所示[24]。表 1-1 金剛石中晶胞坐標(biāo)（）（）（）（）（）（）（）（）414343434143434341414141212121212121000000

的光譜性質(zhì)的 NV 色心具有熒光穩(wěn)定，發(fā)光強度高的性質(zhì)，電子自旋可以通過光學(xué)方法極化和探測。心的幾何結(jié)構(gòu)是金剛石中的替位氮原子在一定條件下捕獲相鄰。作為金剛石晶體中重要的順磁中心，是典型的于氮原子，其他三個來源于配對碳原子的電子，子。這個結(jié)構(gòu)中的 N 原子、電子、碳原子之間的的自旋三重態(tài)。該結(jié)構(gòu)中 NV 色心的對稱軸 N-V 2.1 所示。在原子結(jié)構(gòu)上，NV 色心的大小為 nm NV 色心提供真空的天然包裹，保護了 NV 色心

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 胡曉君;劉建軍;徐輝;陳成克;;納米金剛石薄膜的摻雜與電學(xué)性能研究[J];超硬材料工程;2017年06期

2 王芳;馬宗敏;趙敏;林朝東;張少文;曲章;劉俊;李艷君;;金剛石集群NV色心的光譜特征及濃度定量分析[J];光譜學(xué)與光譜分析;2017年05期

3 趙敏;秦麗;馬宗敏;王芳;張少文;林朝東;劉俊;;金剛石集群氮空位(NV)色心自旋態(tài)調(diào)控設(shè)計與實現(xiàn)[J];量子光學(xué)學(xué)報;2016年04期

4 貢趙軍;陳向東;李聰叢;李q

本文編號：2817838