Untersuchung der Photolumineszenz von NV-reichen Diamanten für das Verständnis der Wechselwirkung mit paramagnetischen Zentren und für quantenbasierte Sensoranwendungen

• Antragsteller: Dr. Ralf Wunderlich
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 469915055

Das Projekt untersucht die Photolumineszenz (PL) von Stickstoff-Fehlstellen (NV) -reichen Diamanten unter Einfluss eines externen Magnetfelds. Durch die Kopplung eines NV-Zentrums mit anderen paramagnetischen Defekten kommt es bei bestimmten Magnetfeldern zum Einbruch der PL des NV-Zentrums, wodurch sich derartige Kopplungen nachweisen und untersuchen lassen. Solche Wechselwirkungen haben Einfluss auf die Anwendbarkeit von NV-Zentren als Quantensensoren als auch auf Quanteninformationsverarbeitung mittels NV-Zentren. Bei den Untersuchungen soll insbesondere Augenmerk auf die Wechselwirkung von NV-Zentren mit benachbartenparamagnetischen Zentren, wie zum Beispiel subsitutionellen Stickstoff (P1), weitere NV-Zentren oder andere Störstellen, gelegt werden. Rote, also NV-reiche, Diamanten bieten hier eine hervorragende Möglichkeit derartige Kopplungen im Ensemble mit hohem Signal-zu-Rausch-Verhältnisses (SNR) zu untersuchen. Zur Erzeugung derartigen Proben dienen stickstoffreiche HPHT-Diamanten (HPHT – high pressure high temperture), die mit hochenergetischen Elektronen bestrahlt werden. Dadurch werden Vakanzen erzeugt, die durch ein simultanes Heizen zur Formierung von NV-Zentren führen. Dabei kann sowohl die Temperatur über den Strahlstrom geregelt, als auch die Vakanzen-Dichte durch die akkumulierte Fluenz der Bestrahlung variiert werden. In Kombination von magnetfeld- und winkelabhänigigen PL-Messungen, Elektronenparamagnetischer Resonanz (EPR), Partikel Induzierter Röntgenemission (PIXE), sowie numerischen Simulationen, soll die typische PL von NV-reichen/roten Diamanten verstanden werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen