Field-effect detected magnetic resonance of NV centers in diamond based on all-carbon Schottky contacts

钻石 材料科学 光电子学 肖特基二极管 信号(编程语言) 光致发光 肖特基势垒 激发 自旋(空气动力学) 反向偏压 磁场 空位缺陷 偏压 氮空位中心 电压 电荷(物理) 共振(粒子物理) 光电导性 凝聚态物理 电流(流体) 电子顺磁共振
作者
Xuan Phuc Le,Ludovic Mayer,Simone Magaletti,Martin U. Schmidt,Jean-François Roch,Thierry Debuisschert
标识
DOI:10.48550/arxiv.2504.11192
摘要

The nitrogen vacancy (NV) center is a defect in diamond whose spin state can be read optically by exploiting its photoluminescence or electrically by exploiting its charge generation rate under illumination, both of which being spin-dependent. The latter method offers numerous opportunities in terms of integration and performance compared to conventional optical reading. Here, we investigate the physical properties of a graphitic-diamond-graphitic structure under illumination. We show how, for a type IIa diamond material, electron-hole pairs generated by an ensemble of NV centers lead to a p-type material upon illumination, making this all-carbon structure equivalent to two back-to-back Schottky diodes. We analyze how the reverse current flowing upon illumination changes as a function of bias voltage and radiofrequency-induced excitation of the NV ensemble spin resonances. Furthermore, we demonstrate how an additional field effect arising from the illumination scheme affects the reverse current, resulting in a photoelectrical signal that can exceed the optical signal under the same illumination conditions.
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