通过双光子激发实现金刚石中氮空位中心两种电荷状态的超快转换

《Nano Letters》：Ultrafast Conversion of Two Charge States of Nitrogen-Vacancy Centers in Diamond via Two-Photon Excitation

研究采用双光子激发技术，通过12.5纳秒分离的飞秒激光脉冲，揭示了NV0与NV-电荷态间75皮秒的超快转换动力学。最佳激发波长为532纳米，转换效率随温度升高呈增强趋势。该成果为量子信息的高速自旋读取出路提供新依据。

　　

在钻石中，NV⁰与NV^–电荷状态之间的超快转换动态对于自旋态操控和读出至关重要。然而，这种转换的机制（包括有效激发波长、转换的时间尺度以及影响因素）仍然不清楚。在这里，我们提出了一种方法，利用间隔12.5纳秒的飞秒激光脉冲进行双光子激发来探测这两种电荷状态的超快转换。我们发现，在大约532纳米的激发波长下，转换效率最高，并且效率还会随温度升高而提高。在300开尔文时，NV⁰转化为NV^–的转换时间约为75皮秒。这些发现加深了对NV中心电荷态动态的理解，并为量子信息应用中的高速自旋读出提供了见解。