Agregación y agrupación de sustituciones de nitrógeno en diamantes según lo revelado por la resonancia paramagnética...

Área de la Ciencia:

• Tecnologías cuánticas de diamante
• Física del defecto en los sólidos
• Espectroscopia de resonancia magnética

Sus antecedentes:

• Los diamantes son plataformas vitales para la computación cuántica y la detección, con aplicaciones que se basan en defectos de celosía como los centros de color.
• Los centros de vacío de nitrógeno (NV) son primarios para aplicaciones cuánticas, pero su rendimiento se ve afectado significativamente por los centros de sustitución de nitrógeno paramagnético (P1) basados en nitrógeno.
• Comprender la distribución e interacciones del centro P1 es fundamental para el avance de los dispositivos cuánticos de diamante, sin embargo, sus propiedades son difíciles de detectar ópticamente.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar y aplicar técnicas avanzadas de resonancia magnética para caracterizar diferentes poblaciones de centros P1 en diamantes sintéticos.
• Detectar y cuantificar directamente los centros agrupados P1 y su coexistencia con otras poblaciones P1.
• Para dilucidar el impacto de la agregación del centro P1 en las propiedades cuánticas del diamante y explicar los fenómenos de hiperpolarización observados.

Principales métodos:

• Espectroscopia de resonancia paramagnética de electrones pulsados de alto campo (6,9 y 13,8 T).
• Experimentos de polarización nuclear dinámica (DNP, por sus siglas en inglés).
• Experimentos con bomba de resonancia doble electrón-electrón (ELDOR).

Principales resultados:

• Se identificaron y cuantificaron tres poblaciones distintas de centros P1: centros agrupados aislados, de interacción débil y acoplados al intercambio.
• Se logró por primera vez la detección directa e inequívoca de centros P1 agrupados.
• Se encontró que los centros P1 agrupados coexisten con centros de interacción débil, lo que influye en las propiedades cuánticas del diamante.
• La presencia de centros P1 agrupados explica los recientes resultados de hiperpolarización en diamantes HPHT tipo Ib.

Conclusiones:

• Una combinación de EPR pulsado de alto campo, ELDOR y DNP es una herramienta poderosa para sondear la agregación e interacciones del centro P1.
• La caracterización precisa de las poblaciones de centros P1 es esencial para optimizar las tecnologías cuánticas basadas en diamantes.
• Este trabajo proporciona una nueva comprensión de las interacciones de defectos en el diamante, allanando el camino para mejorar el rendimiento del dispositivo cuántico.