High Sensitivity Spin Defects in hBN Created by High‐Energy He Beam Irradiation

激光线宽 材料科学 通量 辐照 自旋(空气动力学) 原子物理学 离子 凝聚态物理 核磁共振 激光器 光学 物理 量子力学 热力学 核物理学
作者
Haidong Liang,Yuan Chen,Chengyuan Yang,Kenji Watanabe,Takashi Taniguchi,Goki Eda,Andrew A. Bettiol
出处
期刊:Advanced Optical Materials [Wiley]
卷期号:11 (1): 2201941-2201941 被引量:5
标识
DOI:10.1002/adom.202201941
摘要

Recently the negatively charged boron vacancies ( V B − $V_{\rm{B}}^{\bm{ - }}$ ) in hexagonal boron nitride (hBN) have been shown as spin defects that have great potential in quantum sensing. However, so far the sensitivity is limited by either photoluminescence (PL) intensity or the optically detected magnetic resonance (ODMR) contrast, and linewidth. In this work, the generation of these spin defects is demonstrated using high-energy helium ion beams, and ODMR measurements with different laser and microwave powers are performed. The spin defects generated by high-energy helium ions exhibit a high PL intensity and ODMR contrast while keeping a small linewidth, hence a good sensitivity. By comparing different fluences of helium irradiations, an optimal fluence is determined which is sufficient in creating spin defects without damaging the overall crystal lattice structure. With this optimal fluence, a high signal-to-noise ratio ODMR spectrum can be obtained with an accurate measurement of zero-field splitting frequency, and a best sensitivity as ≈ 2.55 µ T/ Hz ${\bm{ \approx }}2.55\ {\bf \mu }{\rm{T/}}\sqrt {{\rm{Hz}}} $ . Moreover, with a focused beam, such spin defects can be created deterministically with nanometer precision.
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