Creazione efficiente di ensemble di NV$^-$ superficiali mediante impianto ionico ad alto angolo

Abstract degli autori

I centri azoto-vacanza (NV$^-$) con carica negativa situati a pochi nanometri sotto la superficie del diamante sono difetti quantistici fondamentali per il rilevamento su scala nanometrica di spin esterni. Tuttavia, la creazione di centri NV$^-$ superficiali con resa elevata rimane una sfida nel campo dei materiali. Qui dimostriamo che l’impianto ionico ad alto angolo aumenta l’efficienza di creazione di centri NV$^-$ superficiali. Impiantando ioni $^{15}$N ad angoli superiori a 60$^\circ$, otteniamo rese elevate di NV$^-$, prossime al 10%, con profondità effettive degli NV$^-$ inferiori a 10 nm. Queste rese sono significativamente superiori a quelle generalmente riportate per la creazione di NV$^-$ superficiali. L’aumento della resa di NV$^-$ è coerente con un rapporto vacanze-azoto più elevato nella regione prossima alla superficie, che dovrebbe favorire la formazione di NV durante la ricottura. Gli ensemble di NV$^-$ creati mostrano proprietà di coerenza paragonabili a quelle di singoli centri NV$^-$ superficiali a profondità simili e consentono di rilevare spin nucleari in materiali di van der Waals attaccati alla superficie del diamante. I nostri risultati dimostrano che il controllo geometrico dell’impianto ionico è un approccio semplice e ampiamente applicabile per progettare difetti quantistici superficiali legati alle vacanze.