Affiliation:
1. Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
2. Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»;
Институт физики НАН Беларуси
Abstract
В данной работе проводится исследование трехспиновой системы 14NV-13C, которая включает электронный спин NV-центра и ядерные спины атомов 13С и 14N. В этой системе наблюдается двукратное вырождение энергетических уровней в нулевом магнитном поле (вырождение Крамерса) из-за инвариантности спинового гамильтониана к обращению времени. Для исследования влияния магнитного и электрического поля на энергетические уровни системы было проведено моделирование спектров оптически детектируемого магнитного резонанса (ОДМР) этой гибридной квантовой системы в рамках метода спин-гамильтониана при одновременном воздействии на систему магнитного и электрического или внутрикристаллического поля. Построенная модель хорошо согласуется с экспериментальным спектром ОДМР одиночного комплекса 14NV-13C, локализованном в образце сверхчистого алмаза с помощью конфокального микроскопа. По расщеплению спектра ОДМР в нулевом магнитном поле и по данным квантово-химического моделирования было определено, что атом 13С расположен в третьей координационной сфере NV-центра, и соответствующий этому положению тензор сверхтонкого взаимодействия электронного спина NV-центра и ядерного спина изотопа углерода 13С использовался в модели. В результате численные расчеты показали, что вырождение снимается только магнитным полем, независимо от наличия какого-либо электрического (кристаллического) поля, что делает данную квантовую систему перспективным для магнитометрии.
Publisher
National Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute)
Reference12 articles.
1. Du J. Shi F., Kong X., Jelezko F., Wrachtrup J. Single-molecule scale magnetic resonance spectroscopy using quantum diamond sensors. Reviews of Modern Physics, 2024. Vol. 96. No. 2. Article ID 025001.
2. Barry J.F., Schloss J.M., Bauch E., Turner M.J., Hart C.A., Pham L.M., Walsworth R.L. Sensitivity Optimization for NV-Diamond Magnetometry. Reviews of Modern Physics, 2020. Vol. 92. No. 1. Article ID 015004.
3. Stürner F.M., Brenneis A., Buck T., Kassel J., Rölver R., Fuchs T., Savitsky A., Suter D., Grimmel J., Hengesbach S., Förtsch M., Nakamura K., Sumiya H., Onoda S., Isoya J., Jelezko F. Integrated and Portable Magnetometer Based on Nitrogen-Vacancy Ensembles in Diamond. Advanced Quantum Technologies, 2021. Vol. 4. Article ID 2000111.
4. Udvarhelyi P., Shkolnikov V.O., Gali A., Bur-kard G., Pályi A. Spin-strain interaction in nitrogen-vacancy centers in diamond. Physical Review B, 2018. Vol. 98. Article ID 075201.
5. Nizovtsev A.P., Kilin S.Ya., Pushkarchuk A.L., Pushkarchuk V.L., Kutsen S. Kramers Degenerated Spin Systems «NV Center+Few Proximal 13C Nuclei» in Diamond for Single-Spin Magnetometry. Nonlinear Phenomena in Complex Systems, 2011. Vol. 14. P. 319.