高压高温金刚石中氮含量的精准量化：FTIR与EPR协同验证的创新方法

本文推荐：该研究针对高压高温(HPHT)金刚石中氮掺杂不均匀性导致的定量偏差问题，创新性结合傅里叶变换红外光谱(FTIR)和电子顺磁共振(EPR)技术，通过全区域FTIR平均法将氮浓度测量标准偏差降至20%，并与EPR结果呈现显著线性相关(R2>0.98)。该方案为量子传感材料NV色心的可控制备提供了精准量化基础。

　　

Highlight
材料与方法
实验采用高温高压(HPHT)法在1400°C/5.5GPa条件下合成Ib型金刚石单晶，使用高纯石墨(99.99%)为碳源，Fe₆₀Co₄₀合金作催化剂，并添加钛作为氮清除剂。通过温度梯度法生长，系统比较了两种工艺参数制备的样品。

结果与讨论
FTIR单区域测试显示氮浓度标准偏差仅6%，但全片扫描揭示HPHT金刚石存在显著氮分布不均（偏差达61%）。创新性采用全区域统计平均法后，标准偏差降至20%。EPR验证显示FTIR平均值与其高度线性相关(R²>0.98)，证实该方法可有效克服空间分辨率限制。

结论
本研究建立的FTIR-EPR协同检测体系，为HPHT金刚石氮量化提供了可靠方案。该技术突破对NV色心浓度调控具有里程碑意义，将推动金刚石基量子传感器性能优化。