Stabilizzazione elettrostatica dei sensori quantistici prossimi alla superficie mediante ingegneria delle interfacce dielettriche

Abstract degli autori

Il controllo della stabilità dello stato di carica nei difetti quantistici prossimi alla superficie è fondamentale per il sensing su scala nanometrica, ma rimane particolarmente difficile in condizioni di ultra alto vuoto (UHV), dove la curvatura delle bande indotta dalla superficie destabilizza lo stato di carica rilevante per la metrologia. Presentiamo un approccio robusto e riproducibile per stabilizzare centri azoto-vacanza (NV) impiantati superficialmente (< 10 nm di profondità) in condizioni prossime all’UHV (P = $3 \times 10^{-9}$ mbar), basato sull’ingegneria delle interfacce dielettriche. Attraverso misurazioni su centri NV indirizzabili individualmente, dimostriamo che un rivestimento di TiO2 sul diamante sopprime i campi elettrostatici indotti dalla superficie, determinando un aumento del 79% della popolazione NV- e un incremento del 45% del contrasto di risonanza dello spin NV a temperatura ambiente. Le misurazioni del controllo coerente rivelano inoltre una soppressione delle dinamiche di conversione dello stato di carica. Questi risultati dimostrano che lo screening dielettrico è una strategia efficace e riproducibile per ingegnerizzare le energie di transizione di carica dei centri NV in geometrie compatibili con le sonde a scansione, in condizioni estreme.