Проявления в ИК-люминесценции процессов кросс-релаксации NV-центров в слабых магнитных полях

Экспериментально и теоретически изучено влияние магнитного поля на флуоресценцию ансамбля NV-центров в алмазе. Обнаружено, что в области нулевого магнитного поля происходит локальное увеличение инфракрасного испускания NV-центров, связанного с синглет-синглетными переходами. Исследовано влияние мощности и поляризации лазерного излучения на амплитуду и форму обнаруженного локального максимума в ИК-люминесценции NV-центров. Построена восьмиуровневая фотофизическая модель NV-центра в присутствии произвольно направленного магнитного поля и на ее основе выполнен расчет интенсивности люминесценции, испускаемой ансамблем NV-центров, как в видимой, так и в инфракрасной областях спектра. Показано, что феноменологический учет в рамках данной модели процессов кросс-релаксации NV-центров между собой и с другими парамагнитными центрами в алмазе позволяет описать экспериментально наблюдаемые особенности флуоресценции ансамбля NV-центров в присутствии слабых магнитных полей. 

1. P. C. Maurer, G. Kucsko, C. Latta, L. Jiang, N. Y. Yao, S. D. Bennett, F. Pastawski, D. Hunger, N. Chisholm, M. Markham, D. J. Twitchen, J. I. Cirac, M. D. Lukin. Science, 336 (2012) 1283—1286

2. E. Rittweger, K. Y. Han, S. E. Irvine, C. Eggeling, S. W. Hell. Nat. Photon., 3 (2009) 144—147

3. F. Dolde, H. Fedder, M. W. Doherty, T. Nobauer, F. Rempp, G. Balasubramanian, T. Wolf, F. Reinhard, L. C. L. Hollenberg, F. Jelezko, J. Wrachtrup. Nat. Phys., 7 (2011) 459—463

4. A. Beveratos, R. Brouri, T. Gacoin, A. Villing, J.-P. Poizat, P. Grangier. Phys. Rev. Lett., 89 (2002) 187901

5. J. F. Barry, J. M. Schloss, E.Bauch, M. J. Turner, C. A. Hart, L. M. Pham, R. L. Walsworth. Rev. Mod. Phys., 92 (2020) 015004

6. E. van Oort, P. Stroomer, M. Glasbeek. Phys. Rev. B, 42 (1990) 8605—8608

7. J. M. Taylor, P. Cappellaro, L. Childress, L. Jiang, D. Budker, P. R. Hemmer, A. Yacoby, R. Walsworth, M. D. Lukin. Nat. Phys., 4 (2008) 810—816

8. E. van Oort, M. Glasbeek. Phys. Rev. B 40 (1989) 6509—6517

9. R. J. Epstein, F. M. Mendoza, Y. K. Kato, D. D. Awschalom. Nat. Phys., 1 (2005) 94—98

10. S. Armstrong, L. J. Rogers, R. L. McMurtrie, N. B. Manson. Physics Procedia, 3, N 4 (2010) 1569—1575

11. S. V. Anishchik, K. L. Ivanov. Phys. Rev. B, 96 (2017) 115142

12. A. Wickenbrock, H. Zheng, L. Bougas, N. Leefer, S. Afach, A. Jarmola, V. M. Acosta, D. Budker. Appl. Phys. Lett., 109 (2016) 053505

13. H. Zheng, Z. Sun, G. Chatzidrosos, C. Zhang, K. Nakamura, H. Sumiya, T. Ohshima, J. Isoya, J. Wrachtrup, A. Wickenbrock, D. Budker. Phys. Rev. Appl., 13, N 4 (2020) 044023

14. X. Zhang, G.Chatzidrosos, Y. Hu, H. Zheng, A. Wickenbrock, A. Jerschow, D. Budker. Appl. Sci., 11 (2021) 3069

15. S. V. Anishchik, V. G. Vins, A. P. Yelisseyev, N. N. Lukzen, N. L. Lavrik, V. A. Bagryansky. New J. Phys., 17 (2015) 023040

16. D. S. Filimonenko, V. M. Yasinskii, A. P. Nizovtsev, S. Ya. Kilin. Semiconductors, 52, N 14 (2018) 1865—1867

17. D. S. Filimonenko, V. M. Yasinskii, A. P. Nizovtsev, S. Ya. Kilin, F. Jelezko. Semiconductors, 54, N 12 (2020) 1730—1733

18. R. Wunderlich, R. Staacke, W. Knolle, B. Abel, J. Meijer. J. Appl. Phys., 130 (2021) 124901

19. R. Akhmedzhanov, L. Gushchin, N. Nizov, V. Nizov, D. Sobgayda, I. Zelensky, P. Hemmer. Phys. Rev. A, 100 (2019) 043844

20. Р. А. Ахмеджанов, Л. А. Гущин, И. В. Зеленский, В. А. Низов, Н. А. Низов, Д. А. Собгайда. Квант. электр., 48, № 10 (2018) 912—915

21. V. M. Acosta, E. Bauch, A. Jarmola, L. J. Zipp, M. P. Ledbetter, D. Budker. Appl. Phys. Lett., 97, N 17 (2010) 174104

22. Y. Dumeige, M. Chipaux, V. Jacques, F. Treussart, J.-F. Roch, T. Debuisschert, V. M. Acosta, A. Jarmola, K. Jensen, P. Kehayias, D. Budker. Phys. Rev. B, 87 (2013) 155202

23. L. J. Rogers, S. Armstrong, M. J. Sellars, N. B. Manson. New J. Phys., 10 (2008) 103024

24. M. W. Doherty. N. B. Manson, P. Delaney, F. Jelezko, J. Wrachtrup, L. C. L. Hollenberg. Phys. Rep., 528 (2013) 1—45

25. A. P. Nizovtsev, S. Ya. Kilin, F. Jelezko, I. Popa, A. Gruber, C. Tietz, J. Wrachtrup. Opt. Spectr., 94 (2003) 848—858

26. Д. А. Варшалович, А. Н. Москалев, В. К. Херсонский. Квантовая теория углового момента, Ленинград, Наука (1975) 42

27. G. Balasubramanian, I. Y. Chan, R. Kolesov, M. Al-Hmoud, J. Tisler, C. Shin, C. Kim, A. Wojcik, P. R. Hemmer, A. Krueger, T. Hanke, A. Leitenstorfer, R. Bratschitsch, F. Jelezko, J. Wrachtrup. Nature, 455 (2008) 648—651

28. M. L. Goldman, A. Sipahigil, M. W. Doherty, N. Y. Yao, S. D. Bennett, M. Markham, D. J. Twitchen, N. B. Manson, A. Kubanek, M. D. Lukin. Phys. Rev. Lett., 114 (2015) 145502

29. A. P. Nizovtsev, S. Ya. Kilin, A. L. Pushkarchuk, V. A. Pushkarchuk, S. A. Kuten, O. A. Zhikol, S. Schmitt, T. Unden, F. Jelezko. New J. Phys., 20 (2018) 023022

30. A. Jarmola, V. M. Acosta, K. Jensen, S. Chemerisov, D. Budker. Phys. Rev. Lett., 108 (2012) 197601

31. A. T. Collins, M. F. Thomaz, M. I. B. Jorge. J. Phys. C, 16 (1983) 2177—2181

32. O. Gazzano, C. Becher. Phys. Rev. B, 95 (2017) 115312

33. H. Duarte, H. T. Dinani, V. Jacques, J. R. Maze. Phys. Rev. B, 103 (2021) 195443

34. M. Mrozek, D. Rudnicki, P. Kehayias, A. Jarmola, D. Budker, W. Gawlik. EPJ Quantum Technology, 2, N 22 (2015) 1—11

35. W. V. Smith, P. P. Sorokin, I. L. Gelles, G. J. Lasher. Phys. Rev., 115 (1959) 1546—1553

36. J. H .N. Loubser, L. Du Preez. Br. J. Appl. Phys., 16, N 4 (1965) 457—462

37. A. Cox, M. E. Newton, J. M. Baker. J. Phys. Condens. Matter, 6 (1994) 551—563

38. R. C. Barklie, J. Guven. J. Phys. C, Solid State Phys., 14 (1981) 3621—3631

39. H. J. Bower, M. C. R. Symons. Nature, 210 (1966) 1037—1038

40. P. R. Briddon, R. Jones. Physica B, 185 (1993) 179—189

41. A. Mainwood. Phys. Rev. B, 49 (1994) 7934—7940

42. E.B. Lombardi, A. Mainwood, K. Osuch, E.C. Reynhardt. J. Phys. Condens. Matter, 15 (2003) 3135—3149

43. C. V. Peaker, M. K. Atumi, J. P. Goss, P. R. Briddon, A. B. Horsfall, M. J. Raysona, R. Jones. Diam. Relat. Mater., 70 (2016) 118—123

44. A. M. Ferrari, S. Salustro, F. S. Gentile, W. C. Mackrodt, R. Dovesi. Carbon, 134 (2018) 354—365

45. H. J. Wang, Ch. S. Shin, S. J. Seltzer, C. E. Avalos, A. Pines, V. S. Bajaj. Nat. Commun., 5 (2014) 4135