Wojciech Gawlik, Materiały fotoniczne II, wykł. 3 2010/2011 1

Własności optyczne atom – cząsteczka – kryształR. Eisberg, R. Resnick, „Fizyka kwantowa…” PWN, 1983

Wojciech Gawlik, Materiały fotoniczne II, wykł. 3 2010/2011 2www.fizyka.ukw.edu.pl/suchocki/.../Spektroskopia_Optyczna_Ciala_Stalego_cz6.pdf

Wojciech Gawlik, Materiały fotoniczne II, wykł. 3 2010/2011 3

Wojciech Gawlik, Materiały fotoniczne II, wykł. 3 2010/2011 4

Wojciech Gawlik, Materiały fotoniczne II, wykł. 3 2010/2011 5

Roger G. Burns „Mineralogical Applications of Crystal Field Theory”,Cambridge Univ. Press, 2nd Ed. 1993

Wojciech Gawlik, Materiały fotoniczne II, wykł. 3 2010/2011 6

Wojciech Gawlik, Materiały fotoniczne II, wykł. 3 2010/2011 7

Wojciech Gawlik, Materiały fotoniczne II, wykł. 3 2010/2011 8

Wojciech Gawlik, Materiały fotoniczne II, wykł. 3 2010/2011 9

Wojciech Gawlik, Materiały fotoniczne II, wykł. 3 2010/2011 10

Centra barwne nitrogen vacancy (NV)

11

Technologia centrów NV – 1o

• syntetyczne diamentya) HPHT (High Pressure High Temperature)b) CVD (Chemical Vapor Deposition) cena, kontrola parametrów

(koncentracja N: 6 –600 ppm, 1018–1020 cm–3, zawartość azotu - typ Ia lub IIa )

• naświetlanie wiązką jonizującą(e, p, H e+, ... @ 1.7–3 M eV, 1016–1018 cm – 2) V

N

Wojciech Gawlik, Materiały fotoniczne II, wykł. 3 2010/2011 12

• Wygrzewanie (1-3 h @ 600-900 oC, odpowiednia atmosfera)

Różne stany ładunkowe: NV– , NV0

możliwe modyfikacje →(wiązka jonizująca, laserowa...)

→ ruchliwość wakancji → przyłączenie wakancji przez atom azotu→ centrum barwne NV

Technologia centrów NV – 2o

Wojciech Gawlik, Materiały fotoniczne II, wykł. 3 2010/2011 13

6 elektronów (2 dziury) → stan podst. S = 1

rzadkość!

3E

3A2

1A1

( e2 )

( e1 a11 )

( e2 )

Własności spektroskopowe• Struktura elektronowa NV–

100µW @ 532 nmZPL NV –

Zero-Phonon Line

↑ ↑18 518 cm-1 14 706 cm-1

Wojciech Gawlik, Materiały fotoniczne II, wykł. 3 2010/2011 14

Wojciech Gawlik, Materiały fotoniczne II, wykł. 3 2010/2011 15

Pompowanie optyczne

⇒ transfer atomów z | ±1⟩ do | 0⟩(pompowanie optyczne)

⇒ polaryzacja spinowa (P>80%)

2, 88 GHz

intersystem crossing3A1 ↔ 1A1

Wojciech Gawlik, Materiały fotoniczne II, wykł. 3 2010/2011 16

Optyczna detekcja stanu spinowego• prawdopodobieństwa absorpcji;

| 0⟩ rozprasza 30% więcej fotonów niż | ±1⟩

⇒ | 0⟩ : stan jasny⇒ | ±1⟩ : stan ciemny

• technika O DM R (Optically Detected Magnetic Resonance) (ADMR, FDMR)

– transfer populacji między podpoziomami spinowymi przez rezonansowe pole µw, ESR (podwójny rezonans)

– detekcja zmian absorpcji, fluorescencji, ...

2.88GHz

absorpcja fluorescencja

|MS=0>

|MS= ±1>