发现从钻石晶体色心射出的准粒子

筑波大学领导的研究小组观察了金刚石晶体中色心周围电子与晶格振动集体相互作用形成的极化子准粒子的协同行为。

这一发现是通过用超短激光脉冲照射含有色心的钻石晶体，并精确分析由此产生的反射率变化而实现的。研究结果发表在《自然通讯》上。

氮(N)杂质存在于钻石晶体中，会导致碳原子附近形成空位(V)，从而形成氮空位(NV)中心。该中心对钻石的着色有很大影响，构成晶格缺陷，称为色心。

NV 中心通过量子态的相应改变，表现出对环境变化(包括温度和磁场变化)的卓越敏感性。可以利用这一卓越特性来开发高灵敏度、高空间分辨率的传感器。

值得注意的是，由于中心周围晶格的扭曲，NV 中心内电子的能级会发生偏移或分裂。然而，相关电子与伴随这种扭曲的晶格振动之间的相互作用机制尚未完全了解。

研究人员在高纯度金刚石晶体表面附近引入了由密度控制的NV中心组成的极薄薄片(纳米薄片)。用脉冲激光照射这些薄片，以研究相关金刚石的晶格振动。

结果显示，尽管与其他缺陷相比，NV 中心的密度相对较低，但晶格振动的幅度却大幅放大(约 13 倍)。随后，通过第一性原理计算计算出 NV 中心的电荷状态，揭示了正负电荷的分布存在偏差。

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