中国粉体网讯 近日，中南钻石有限公司和中国电科第十三研究所在《物理学报》发表了题为“MPCVD法制备高浓度金刚石NV色心及其性能研究”的研究文章。文章指出MPCVD法可在金刚石中定量掺杂高浓度氮元素，经电子辐照后金刚石NV色心浓度显著提高，并具有良好的量子磁探测性能。
研究背景
金刚石氮-空位（NV）色心在室温下稳定性好，电子自旋相干时间长，能被激光和微波操控，是量子探测领域最具潜力的结构，可实现对磁场、电场、温度、应力等物理量的精密测量。
近十年来，关于NV色心的自旋操控一直是研究热点。在弱磁测量方面，利用NV色心的测量方法灵敏度比一般磁场测量仪器的灵敏度更高。在量子计算方面，基于NV色心系统，其相干时间长且室温可操作，可显著减少计算时间。通过NV色心的光纤传感器，可测量细胞温度、检测磁性纳米颗粒的浓度。
在单个NV色心或NV色心浓度较低时，对温度、磁场、电场的变化反应不够灵敏，对测量设备要求较高，在一定范围内，NV色心浓度越高，均匀性越好，对物理量的检测灵敏度越高。然而，采用MPCVD方法制备高氮金刚石面临着较多的生长问题，同时，氮原子实际掺杂量尚未经过系统研究。因此文章对采用MPCVD法在金刚石单晶中掺杂足够浓度的氮原子以形成高浓度NV色心进行了深入研究。
主要结论
该研究采用的衬底为中南钻石公司生产的（100）晶面CVD金刚石单晶，尺寸约为11mm×11mm。
1）氮含量逐渐增加，金刚石单晶样品的颜色逐渐由浅棕色转变为黑色。
2）实际掺杂进入金刚石单晶晶格中的氮含量远低于前驱体气体中氮含量，二者比例约为1:11，随着氮含量的增加，氮更容易引入到金刚石单晶晶格中。
3）红外光谱表明，HPHT法制备的高氮金刚石中氮原子主要以C心氮为主，A心氮含量较低，而MPCVD法制备的高氮金刚石空位缺陷含量较高，C心氮含量较低，几乎无A心氮，大部分的氮原子以聚集态的氮片晶和N+形式存在。
金刚石单晶样品红外光谱
4）高氮含量的金刚石单晶辐照后NV色心的荧光强度提升了近70倍，采用光探测磁共振系统对辐照后金刚石单晶样品进行表征，其荧光强度分布较为均匀，材料具有较好的微波自旋操纵性，纵向弛豫时间约为3.37ms。
（a）测试示意图；（b）荧光Mapping；（c）不同微波功率下的ODMR曲线；
（d）施加偏置磁场后的ODMR曲线；（e）拉比震荡曲线；（f）纵向弛豫时间
关于中南钻石
中南钻石有限公司是豫西集团控股上市公司中兵红箭（股票代码000519）的全资子公司。公司是世界最大的超硬材料科研、生产基地，产品主要应用于传统工业领域、消费领域及金刚石功能化应用领域，是全球少数同时掌握高温高压（HPHT）和化学气相沉积技术（CVD）两种金刚石单晶制备技术的制造商。
传统工业应用领域主要产品有工业金刚石、大尺度多晶金刚石、立方氮化硼、超硬复合材料、石墨制品等，已出口到欧美、印度、日本、韩国等40多个国家和地区，产销量和市场占有率雄居全球第一；在消费领域，公司成功实现了宝石级培育钻石的规模化生产，打破了国外巨头对钻石饰品领域主流原材料的垄断，使我国在培育钻石领域领跑全球；在金刚石功能化应用领域，主要产品包括CVD/HPHT半导体级金刚石单晶片、金刚石窗口、金刚石散热片、金刚石/金属复合材料等，已在高新技术等领域开展推广应用。
中南钻石公司功能金刚石产品
公司拥有国家认定企业技术中心、国家认可超硬材料检测中心，是“国家级高新技术企业”、“国家技术创新示范企业”和“河南省创新龙头企业”，是中国超硬材料行业的领军企业和行业标准主要制订者，成功入选工信部第一批制造业单项冠军示范企业。
参考来源：
1.中南钻石官网
2.刘厚盛等．MPCVD法制备高浓度金刚石NV色心及其性能研究.物理学报
（中国粉体网编辑整理/轻言）
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