Simulación de la fotodinámica del centro nitrógeno-vacante e implementación de la resonancia magnética ópticamente detectable en diamante

Abstract

El centro nitro´ geno-vacante (NV) en diamante es un defecto cristalino que actúa como centro de color y presenta fluorescencia dependiente del espín, lo que permite su uso como sen- sor de campo magne´ tico mediante resonancia magne´ tica ópticamente detectable (ODMR). En este trabajo se estudia (1) la fotodinámica del sistema NV con el formalismo de sistemas cuánticos abiertos, y se realizan simulaciones para anticipar resultados experimentales; y (2) se implementa la técnica ODMR, donde se registran espectros de fluorescencia en función de la frecuencia de microondas. Las simulaciones fotodinámicas reproducen el fenómeno de saturación bajo excitación con un la´ ser verde de 532 nm a altas potencias, así como la disminución de fluorescencia en presencia de campos magne´ ticos elevados, ambos observados en un único centro NV. Adema´ s, los espectros ODMR obtenidos con un campo magne´ tico externo, generado por un imán de neodimio, confirman el efecto del campo al mostrar 8 resonancias, y se identifican limitaciones prácticas para el uso de centros NV como magneto´ metros.

The nitrogen-vacancy (NV) center in diamond is a crystalline defect that acts as a color center and exhibits spin-dependent fluorescence, which enables its use as a magnetic field sensor through optically detected magnetic resonance (ODMR). This work studies (1) the photo dynamics of the NV system using the formalism of open quantum systems, with simulations performed to anticipate experimental results; and (2) the implementation of the ODMR technique, where fluorescence spectra are recorded as a function of microwave frequency. The photodynamic simulations reproduce the saturation phenomenon under excitation with a 532 nm green laser at high power, as well as the decrease in fluorescence in the presence of high magnetic fields, both observed in a single NV center. Furthermore, the ODMR spectra obtained under an external magnetic field, generated by a neodymium magnet, confirm the field effect by revealing 8 resonances, and practical limitations in the use of NV centers as magnetometers are identified.