金刚石中NV与Ns缺陷相互作用研究

发布时间：2017-11-06 04:30

  本文关键词：金刚石中NV与Ns缺陷相互作用研究

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【摘要】：由于在量子信息,量子密码学,量子计算,电磁场精密测量,生物医学等领域的重要应用前景,金刚石内的处于-1电荷态的NV-色心结构近些年来受到了科学家的广泛关注和深入研究。NV-缺陷有明显的荧光特性,其零声子线在637nm。自从1997年单个NV-色心被成功探测以来,稳定的单光子产生被相继报道。由于其自旋态可以通过光波极化或微波激发等光学手段进行初始化,通过检测荧光强度的差别进行读取,因此可以用作量子比特,吸引了来自量子计算等领域的广泛兴趣。金刚石NV-缺陷的荧光精细结构受到磁场,电场和应变场的影响,因此它还可用于检测这些外场性质的局域变化。此外,因为金刚石是一种生物相容性材料,纳米金刚石的荧光效应还可用于荧光生物标记对细胞动力学进行实时成像,有助于理解细胞内的一些生物和药理过程。NV-缺陷以上的这些应用依赖于其负的电荷态,而在实际应用中,NV-缺陷的电荷态可能会暂时或者永久地失去。因此研究如何使NV-缺陷保持负的电荷态就显得尤为重要。一般说来材料中缺陷的电荷态会受到附近缺陷态的影响,NV-缺陷与其他缺陷之间的相互作用极大地决定了其电荷态的稳定性。尽管一些应用研究已经逐步开展,但其物理基础还远未被完全理解。本文利用第一性原理计算方法,研究了Ns缺陷与NV缺陷之间的相互作用,以此为例子来理解金刚石中缺陷之间的相互作用机制如何影响NV-缺陷电荷态的稳定性。本论文首先计算了金刚石内常见缺陷种类NV,替位氮Ns,碳空位V等的电子结构性质,然后探讨了超胞法计算带电缺陷体系的收敛性问题,并计算了NV,替位氮Ns,碳空位V等缺陷的形成能和电荷态转换能级,比较了几种静电能修正方法的优劣；提出了一种新的静电能修正方法,解决了非立方超胞的Ecorr的计算问题。然后利用此方法,构建非立方超胞,计算了NV缺陷与Ns缺陷组成的复合缺陷的不同电荷态的形成能,以及复合缺陷的电荷转换能级,探讨了缺陷之间距离对复合缺陷形成能和电荷态转换能级的影响,讨论了NV缺陷局域的电荷态对其他缺陷存在的依赖关系
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ163

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本文编号：1147381