[发明专利]一种金刚石NV色心的荧光调控方法

说明书

本发明涉及一种金刚石NV色心的荧光调控方法，包括：S1、对含有NV色心的金刚石表面进行预处理；S2、采用原子层沉积法在预处理后的金刚石的表面原位生长二维薄膜。通过对二维薄膜的组分、厚度、缺陷、晶格、以及生长过程中温度等的精准控制，对色心深度、浓度、表面能量转移和与外界隔离度等进行有效调控，实现金刚石NV色心量子相干时间、荧光探测效率的改善。本发明制备的二维薄膜修饰的金刚石荧光特性显著改善，有助于拓展在基于金刚石NV色心的量子精密测量与量子计算方面的应用前景。

技术领域

本发明涉及金刚石NV色心制备技术领域，尤其是一种金刚石NV色心的荧光调控方法。

背景技术

金刚石中带一个负电子的氮空位色心(NV-色心，下文简称为NV色心)在多种量子测量方法中备受关注。金刚石NV色心是金刚石中最普遍的一种发光缺陷，它由一个取代了碳的氮原子和一个空穴组成，通常采用将高纯度金刚石进行离子束注入后退火的方法获得。金刚石NV色心的能级结构显示其基态与激发态均是自旋三态。在无外磁场的环境下，磁量子数m＝±1的两个能级是简并；施加外磁场后，两能级劈裂。室温下，金刚石NV色心的零声子线位于637nm附近，在700nm处荧光最强，吸收最强则处于绿光波段，通过光学调控和滤波技术，可以实现金刚石NV色心内部光学亮态和暗态的相互转换和探测。近年来金刚石NV色心作为高精度的量子传感器，被广泛用于电磁场、温度等物理量的测量。

尽管基于金刚石NV色心的量子传感在许多领域中得到了很好地实用性，但是目前实现的灵敏度还远未达到其理论极限。影响其传感灵敏度的主要原因包括：自旋操控和测量的保真度、自旋相干时间、非均匀展宽、荧光强度、系统稳定性等。为此，亟需一种手段实现对金刚石NV色心进行调控，提高其传感灵敏度。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种金刚石NV色心的荧光调控方法，目的是改善金刚石NV色心的荧光特性，从而提高金刚石NV色心的量子器传感灵敏度。

本发明采用的技术方案如下：

一种金刚石NV色心的荧光调控方法，包括：

S1、对含有NV色心的金刚石表面进行预处理；

S2、采用原子层沉积法在预处理后的金刚石的表面原位生长二维薄膜。

进一步技术方案为：

步骤S1中，所述预处理包括：对含有NV色心的金刚石表面进行酸洗，然后采用等离子清洗机在氧气气氛中清洗。

所述二维薄膜为二硫化钼、二硫化铼或者MoS₂@ReS₂异质结。

所述二维薄膜的厚度为0.5-100nm。

所述原子层沉积法，所采用的沉积温度为300-600℃，金刚石所处的腔体压强为5-20hpa。

所述原子层沉积法，以五氯化钼作为钼源，以硫化氢作为硫源，生成二硫化钼二维薄膜；

其中，五氯化钼气体流量为10-100sccm，硫化氢气体流量为200-500sccm。

所述原子层沉积法，以五氯化铼作为铼源，以硫化氢作为硫源，生成二硫化铼二维薄膜；

其中，五氯化铼气体流量为10-100sccm，硫化氢气体流量为200-500sccm。

所述原子层沉积法，以五氯化铼作为铼源，以五氯化钼作为钼源，以硫化氢作为硫源，生成MoS₂@ReS₂异质结二维薄膜；

其中，五氯化铼和五氯化钼的气体流量为10-100sccm，硫化氢气体流量为200-500sccm。