Highly coherent nitrogen-vacancy centres in diamond via rational high-pressure and high-temperature synthesis and treatment

钻石 氮气 空位缺陷 材料科学 高压 凝聚态物理 工程物理 物理 冶金 量子力学
作者
Xiaoran Zhang,Kang-yuan Liu,Fengjiao Li,Xiaobing Liu,Shuai Duan,Jianing Wang,Gang‐Qin Liu,Xinyu Pan,Xin Chen,Ping Zhang,Yanming Ma,Changfeng Chen
出处
期刊:Research Square - Research Square
标识
DOI:10.21203/rs.3.rs-2102428/v1
摘要

Abstract Nitrogen-vacancy (NV-) centres in diamond offer an excellent platform for device design and development in the emerging fields of quantum sensing and quantum network, but fabrication of quantum-grade diamonds with highly coherent NV- centres needed for advanced applications presents a pressing challenge. Here we report a major advance in generating NV- centres in diamonds via tailored high-pressure and high-temperature (HPHT) synthesis and post-grown annealing treatment. The resulting well dispersed single NV- centres in type-IIa diamonds exhibit long spin coherence times reaching the highest levels achieved in diamonds prepared by more elaborate and restrictive chemical vapor deposition techniques. Moreover, we produce high-density NV- ensembles in <100>-grown type-Ib diamonds with superb zero-phonon lines considerably sharper than those of native NV- centres in as-grown diamonds. These findings demonstrate a superior synthesis and optimization protocol for creating top-quality NV- centres to meet the most stringent requirements for a wide range of emerging quantum technologies.
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