Optical tuning of the diamond Fermi level measured by correlated scanning probe microscopy and quantum defect spectroscopy
Optical tuning of the diamond Fermi level measured by correlated scanning probe microscopy and quantum defect spectroscopy
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通过相关扫描探针显微镜和量子缺陷光谱测量金刚石费米能级的光学调谐
DOI：
10.1103/physrevmaterials.8.036201
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发表时间：
2024
影响因子：
3.4
通讯作者：
Fu, Kai-Mei C.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Pederson, Christian;Giridharagopal, Rajiv;Zhao, Fang;Dunham, Scott T.;Raitses, Yevgeny;Ginger, David S.;Fu, Kai-Mei C.
基于晶体中量子点缺陷的量子技术需要控制缺陷电荷状态。在这里，我们调整浅氮空位和硅空位中心的电荷状态，通过局部氧化氢化表面，适度的光激发和同时光谱监测。利用导电原子力显微镜和开尔文探针力显微镜（KPFM）在大气中测量了氧化引起的电导率损失和功函数变化。我们将这些扫描探针测量与通过金刚石表面下15-25 nm的注入和退火产生的氮空位和硅空位中心的光谱相关联。观察到的电荷状态的缺陷作为光学曝光的函数表明，激光氧化提供了一种方法来精确地调整费米能级在至少2.00 eV的范围内。我们还观察到一个显着更大的氧化率相比，在环境条件下的未注入表面的注入表面。结合表面的电子亲和力的知识，这些结果表明KPFM是一个强大的，高空间分辨率的技术，以推进表面费米能级工程的量子缺陷的电荷稳定。
Quantum technologies based on quantum point defects in crystals require control over the defect charge state. Here we tune the charge state of shallow nitrogen-vacancy and silicon-vacancy centers by locally oxidizing a hydrogenated surface with moderate optical excitation and simultaneous spectral monitoring. The loss of conductivity and change in work function due to oxidation are measured in atmosphere using conductive atomic force microscopy and Kelvin probe force microscopy (KPFM). We correlate these scanning probe measurements with optical spectroscopy of the nitrogen-vacancy and silicon-vacancy centers created via implantation 15–25 nm beneath the diamond surface and annealing. The observed charge state of the defects as a function of optical exposure demonstrates that laser oxidation provides a way to precisely tune the Fermi level over a range of at least 2.00 eV. We also observe a significantly larger oxidation rate for implanted surfaces compared to unimplanted surfaces under ambient conditions. Combined with knowledge of the electron affinity of a surface, these results suggest KPFM is a powerful, high-spatial-resolution technique to advance surface Fermi level engineering for charge stabilization of quantum defects.
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金刚石表面和器件的开尔文力显微镜
DOI：
--
发表时间：
2005
期刊：
影响因子：
--
作者：
B. Rezek;C. Nebel
通讯作者：
C. Nebel
影响因子：
56.9
作者：
Rose, Brendon C.;Huang, Ding;de Leon, Nathalie P.
通讯作者：
de Leon, Nathalie P.
影响因子：
4.1
作者：
V. Ralchenko;K. Korotushenko;A. Smolin;E. N. Loubnin
通讯作者：
V. Ralchenko;K. Korotushenko;A. Smolin;E. N. Loubnin
影响因子：
56.9
作者：
V. Gates;.. M. L. Ludwig-M.-L.-Ludwig-2273875465;J. A. Hartsuck;T. A. Steitz;H. Muirhead;J. C. Coppola;G. N. Reeke
通讯作者：
V. Gates;.. M. L. Ludwig-M.-L.-Ludwig-2273875465;J. A. Hartsuck;T. A. Steitz;H. Muirhead;J. C. Coppola;G. N. Reeke
影响因子：
3.2
作者：
Orwa, J. O.;Santori, C.;Prawer, S.
通讯作者：
Prawer, S.