研究目的
利用密度泛函理论模拟系统性地搜索金刚石中稳定的NV?13C体系，以理解其超精细和空间特性，从而应用于量子技术。
研究成果
DFT模拟发现了新的近稳定NV?13C体系家族，这些体系位于垂直于NV轴的金刚石双层结构中，其超精细相互作用诱导的翻转速率可忽略不计。实验观测证实了这些发现，表明其在量子技术领域具有潜在应用价值。
研究不足
该研究的局限性在于密度泛函理论（DFT）模拟的精度以及金刚石团簇模型的尺寸。氢终止团簇表面对近稳位置超精细特性的影响尚未完全考虑在内。
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非翻转
<sup>13</sup>
金刚石中NV色心附近的C自旋：通过密度泛函理论模拟C
<sub/>510</sub>
[NV]H
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簇研究其超精细与空间特性
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非翻转 <sup>13</sup> 金刚石中NV色心附近的C自旋：通过密度泛函理论模拟C <sub/>510</sub> [NV]H <sub/>252</sub> 簇研究其超精细与空间特性
DOI：10.1088/1367-2630/aaa910
期刊：New Journal of Physics
出版年份：2018
更新时间：2025-09-23 15:21:01
摘要：
金刚石中通过超精细相互作用（hfi）与邻近13C核自旋耦合的单个NV色心，目前作为适配氮空位（NV）中心电子自旋量子比特的量子存储元件，已广泛应用于新兴量子技术领域。对于翻转速率较低的核自旋，在环境条件下已实现单次读出。本研究通过密度泛函理论系统搜索此类稳定的NV?13C体系，模拟了包含NV色心的H端接团簇C510[NV]-H252中所有可能NV?13C复合体的超精细相互作用及空间特性。除预期中13C核自旋位于NV轴上的稳定"NV-轴向?13C"体系外，我们首次发现了一类新型13C核自旋位置——由于局部自旋密度分布近乎对称，其超精细相互作用诱导的翻转速率可忽略不计。这些位置在空间上分布于穿过NV色心空位且垂直于NV轴的金刚石双分子层中。对现有文献的分析表明，部分预测的非轴向近稳定NV?13C体系可能已被实验观测到。针对其中一个体系的专项实验验证了该预测。
作者：
A P Nizovtsev，S Ya Kilin，A L Pushkarchuk，V A Pushkarchuk，S A Kuten，O A Zhikol，S Schmitt，T Unden，F Jelezko
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