发现钻石晶体色心射出的准粒子_商业

　　 Discovering quasiparticles ejected from color centers in diamond crystals

　　筑波大学领导的一个研究小组观察到极化子准粒子的合作行为，这些粒子是由钻石晶体中颜色中心周围的电子和晶格振动的集体相互作用形成的。

　　这一发现是通过用超短激光脉冲照射含有色心的金刚石晶体，并精确分析由此产生的反射率变化而实现的。研究结果发表在《自然通讯》杂志上。

　　金刚石晶体中氮(N)作为杂质的存在会导致碳原子附近形成空位(V)，从而产生N-V (NV)中心。这个中心对钻石的颜色有很大的影响，并构成了一个被称为色心的晶格缺陷。

　　NV中心通过其量子态的相应改变，对环境变化表现出异常的敏感性，包括温度和磁场的变化。这一显著特性可用于开发高灵敏度、高空间分辨率的传感器。

　　值得注意的是，由于中心周围晶格的扭曲，NV中心内电子的能级会发生位移或分裂。然而，所涉及的电子与晶格振动之间的相互作用机制并没有完全理解。

　　研究人员引入了极薄的薄片(纳米片)，包括密度控制的NV中心，靠近高纯度金刚石晶体的表面。用脉冲激光照射这些薄片，以研究所涉及的金刚石的晶格振动。

　　结果表明，尽管NV中心的密度与其他缺陷相比相对较低，但晶格振动的振幅却有很大的放大(放大了约13倍)。随后，通过第一性原理计算计算了NV中心的电荷状态，揭示了正负电荷的偏置分布。

　　极化子准粒子以几种形式存在，其特征是伴随着“声子云”的自由载流子。值得注意的是，大约70年前Fr?hlich提出的极化子类型被认为不存在于钻石中。

　　然而，这项新的研究证明了Fr?hlich极化子从NV中心出现在整个相关纳米片上。总的来说，这些发现唤起了基于利用极化子的NV中心的量子传感的新前景。

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