Административный корпус 27 сентября 2017 г.
Конференц-зал Среда, 10 часов

Иванов Константин Львович
Доктор физико-математических наук, профессор РАН, ведущий научный сотрудник
Международного томографического центра СО РАН

Анти-пересечения спиновых уровней энергии в NV-центрах в алмазах

Работа посвящена изучению зависимости от магнитного поля интенсивности фото-люминесценции NV− центров в монокристаллах алмаза. Экспериментально измеренные зависимости содержат характерные резкие особенности, в магнитных полях, соответствующих антипересечениям уровней (LAC, Level Anti-Crossing) в электрон-ядерных спиновых системах. Для изучения и чувствительной регистрации таких “LAC-линий” использовалась слабая модуляция магнитного поля B0 и синхронное детектирование для измерения интенсивности люминесценции. Такая методика проведения эксперимента позволяет существенно повысить чувствительность регистрации LAC-линий. Кроме того, обнаружена неожиданно сильная зависимость интенсивности линий от частоты модуляции поля: при уменьшении частоты модуляции fm от 12 кГц до 17 Гц интенсивность LAC-линий возрастает примерно на два порядка величины.

Для описания полученных экспериментальных данных предложена теоретическая модель, которая рассматривает спиновую динамику электрон-ядерных систем под действием переменного внешнего магнитного поля. Хорошее согласие между результатами экспериментов и численных расчетов позволяет заключить, что наблюдаемые эффекты обусловлены когерентным обменом неравновесной поляризацией в связанной спиновой системе, включающий NV− центр.

Эксперименты, проведенные при низкой частоте модуляции, выявили наличие дополнительных линий. Новые LAC-линии обусловлены взаимодействием NV− центра с другими дефектными центрами в кристалле. Для моделирования полевой зависимости люминесценции и LAC-линий предложен метод численного расчета переноса спиновой поляризации между центрами. Данный метод позволяет описать линии, возникающие в результате взаимодействия двух NV­– центров с разной ориентацией относительно внешнего магнитного поля, а также объяснить происхождение LAC-линии в нулевом поле и квадратичной зависимости ее амплитуды от интенсивности падающего излучения. Проведено моделирование для ряда других линий, обусловленных взаимодействием NV– центра с P1 центром (нейтральных азотные центры), с NV0 центрами и с дефектными центрами со спином 1 (возможно, фосфор-содержащими центрами).

Данные результаты могут представлять интерес с точки зрения оптимизации экспериментальных условий для изучения LAC-линий в кристаллах алмаза, содержащих NV− центры, а также для непрямой регистрации других парамагнитных дефектов.