通过单次电荷态探测研究金刚石中氮-空位缺陷的光致电离动力学

摘要 十多年来，氮-空位中心（NV）引起了广泛关注，但其光物理特性的详细机制仍有待明确。在典型条件下，NV 可具有两种稳定的电荷态：负电荷态（NV−）或中性态（NV0），且这两种状态之间存在光诱导相互转化。在此，我们详细研究了室温光照条件下体相金刚石中单个 NV 中心的电离动力学及其对激发波长和功率的依赖性。我们应用了一种最新方法，该方法使我们能够直接测量单个 NV 中心的电荷态并观察其时间演变。我们发现，在 450–610 nm 的激发波长下，稳态 NV− 粒子数占比始终 ⩽75%。结合饱和测量，我们证明最佳激发波长在 510–540 nm 左右。此外，测定了 540–610 nm 范围内 NV− 的相对吸收截面，揭示了双峰结构。最后，测得 NV− 基态能量位于导带下方 2.6 eV 处。这些结果为 NV 中心的电荷态动力学提供了新的见解。