Caratterizzazione di centri di colore del tipo gruppo IV-vacanza in nanodiamanti a temperatura ambiente

Color centers in the diamond lattice are interesting candidates for solid-state quantum technologies ranging from quantum information to metrology. In particular, group IV-vacancy centers are considered promising alternatives to the nitrogen-vacancy (NV) defect, the first successful and most studied center. In this work, I will discuss some of the theoretical principles and the experimental procedures linked to optical characterization, at room temperature, of Tin-Vacancy (SnV) and Germanium-Vacancy (GeV) color centers, implanted in nanodiamonds on a sapphire substrate. Firstly, I will describe the identification process of single SnV color centers through the implementation of a Hanbury Brown, and Twiss setup and the interpolation of their second-order autocorrelation function. This last function will allow me to also describe their energy structure, as a three or two level system. Moreover, I will study the emission regime’s dependence on the excitation laser power and analyze the centers’ radiative emission rate. Finally, I will briefly report on the effects of different annealing processes and of strain on the stability and properties of SnV and GeV defects.

I centri di colore nel reticolo del diamante sono interessanti candidati per le tecnologie quantistiche che variano dall’informazione quantistica alla metrologia. In particolare, centri di colore originati da elementi del quarto gruppo della tavola periodica sono considerati come promettenti alternative al difetto dell’azoto (NV), il primo e più studiato centro di colore. In questo documento discuteremo alcuni dei principi teorici e delle procedure sperimentali legate alla caratterizzazione ottica, a temperatura ambiente, di centri di colore dello stagno (SnV) e del germanio (GeV) impiantati in nano diamanti depositati su uno strato di zaffiro. Per prima cosa, descriveremo il processo di identificazione di singoli emettitori di fotoni mediante l’implementazione di un esperimento di Hanbury Brown, e Twiss e interpolando la loro funzione di auto correlazione del secondo ordine. Quest’ultima funzione permetterà una descrizione della loro struttura energetica come un sistema a due o tre livelli. Inoltre, studieremo il regime di emissione di questi difetti in funzione della potenza del laser di eccitazione e analizzeremo il loro tasso di emissione radiativa. Infine, tratterò degli effetti che lo strain e le diverse procedure di preparazione dei campioni possono avere sulle proprietà dei difetti di stagno e germanio.