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。

金刚石氮空位(nitrogen vacancy,NV)中心的天然能级系统可以在激光泵浦和微波辐射下进行初始化、量子操控和光学读取。实验中需外加特定激光泵浦和微波辐射来实现对NV色心自旋态的操控,并通过荧光数布居变化来表征自旋态。本文基于LabVIEW软件,设计开发了集群NV色心自旋态调控与读出软件系统。结果显示,本系统可以实现对激光和微波脉冲序列的精确编码,编码精度可达3 ns,并初步得到了室温下集群NV色心的电子自旋共振谱线,为下一步集群NV色心自旋态调控研究的自动化、集成化奠定了基础。