纳米金刚石中的氮-空位发射:尺寸、深度与环境因素

金刚石中带负电的氮-空位(NV)色心是领先的固态量子发射体,可在宽温域内提供自旋-光子界面,其应用涵盖电磁传感至生物成像等领域。虽然体相金刚石中的NV色心机制已较明确,但将其嵌入纳米金刚石(NDs)会因尺寸效应、几何构型及表面效应引入复杂性。NDs中的NV色心表现出荧光特性改变,包括寿命延长、量子效率降低及对介电环境的高敏感性,这些现象源于辐射抑制、表面诱导的非辐射衰变及全内反射效应。既往模型通常仅关注孤立因素(如介电对比或表面淬灭),未能将完整的量子光学NV行为与经典电动力学相整合。该研究团队提出了一种混合框架,将严格电磁仿真与包含声子边带动力学的量子光学NV模型相耦合。研究发现NV发射特性高度依赖于ND尺寸、NV位置及周围折射率。该工作结果解释了诸多观测现象(如水包被NDs中浅层NV色心比空气中深层色心更亮),并为真实发射场景提供了统一框架。与先前模型不同,该方法可预测波长依赖的逃逸效率及位置依赖的发射变化。这一整合模型为设计高亮度NV传感器与量子器件提供了理论指导,推动了对纳米级电介质中量子发射体光物理学的理解。

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