
需要注意的是激发态中 𝑚
𝑠
= 0 的 𝐸
𝑥, 𝑦
不会发生 ISC 过程. ISC 过程的最后一步
1
𝐸 →
3
𝐴
2
存在三条可能的路径, 分别回到 𝑚
𝑠
= 0, ±1 的基态. 低温下测得的结果为
|
0
⟩
:
|
+1
⟩
:
|
−1
⟩
= 8 : 1 : 1
室温下的结果为
|
0
⟩
:
|
+1
⟩
:
|
−1
⟩
= 2 : 1 : 1
另外值得注意的是单重态
1
𝐸 的寿命在低温下约为 371𝑛𝑠, 室温下约为 165𝑛𝑠. 在光激发的几百纳秒的时间
窗口中, ISC 过程并不能完全完成, 𝑚
𝑠
= ±1 的电子会被困在
1
𝐸 态中, 使得荧光计数降低. 因此称 𝑚
𝑠
= 0
的态为亮态, 𝑚
𝑠
= ±1 的态为暗态
不过这个暗的幅度是有限的, 大约 30%, 需要多次激发才能在平均作用下得到可信的结果. 与之相对的是
singleshot, 在低温下用激光共振激发 𝑚
𝑠
= 0 的跃迁
3
𝐴
20
→
3
𝐸
𝑥, 𝑦
从而实现读出, 不影响 𝑚
𝑠
= ±1 的态; 也可以共振激发
3
𝐴
2±
→
3
𝐸
1,2
进而通过 ISC 过程实现将电子极化到 𝑚
𝑠
= 0 态. singleshot 方法具有较高的保真度
4 NV 色心的电荷态
前面的讨论都基于 𝑁𝑉
−
, 实际上 532𝑛𝑚 的激光可以使得 𝑁𝑉
−
与 𝑁𝑉
0
之间快速转化. 在低温下使用
637𝑛𝑚 的激光共振激发跃迁
3
𝐴
2
→
3
𝐸 的时候, 电子可能连续吸收两个 637𝑛𝑚 的光子进而逃逸, 使得
𝑁𝑉
−
转化为 𝑁𝑉
0
的基态
𝑁𝑉
0
的 ZPL 约 575𝑛𝑚, 并且激发所需的功率很小 (5𝑛𝑊). 它不能被 637𝑛𝑚 的激光激发, 因此实验中表现
为荧光减弱. 此时就需要使用 532𝑛𝑚 的激光将其转化为 𝑁𝑉
−
, 不过 532𝑛𝑚 的激光会同时激发 NV 附近
的其他缺陷, 使得周边的电荷环境发生改变, 进而影响 𝑁𝑉
−
的激发态能级, 这种现象称为光谱扩散. 使用
能量和功率都更低的 575𝑛𝑚 的激光可以改善这一问题