Die vorliegende Dissertation ist eine Zusammenstellung einer Auswahl von drei Veröffentlichungen, welche vom Autor verfasst oder mit verfasst wurden. Sie beschäftigt sich mit der Ausheilung von Ionenstrahl-induzierten Gitterschäden sowie der Bildung von Farbzentren in Diamant.Das Stickstofffehlstellenzentrum als Farbzentrum im Diamant steht dabei im Fokus der Untersuchungen. Sein Elektronenspin lässt sich optisch bei Raumtemperatur initialisieren und auslesen. Dabei besitzt es eine lange Kohärenzzeit und die Kopplung zu umliegenden Spins machen es zu einem idealen Kandidaten als Qubit in der Quanteninformationsverarbeitung. Auch in der Einzelspinmagnetometrie hat es bereits seine Anwendung gefunden. Die effiziente Bildung von Farbzentren durch gezielte Implantation ist daher von großer Bedeutung. Im Ergebnis wurde eine Verzehnfachung der Bildungsrate sowie eine Verbesserung
der Kohärenz und eine Stabilisierung des negativen Ladungszustands erreicht.
Dadurch konnte ein mehr als zwanzig Jahre altes Problem gelöst werden. Mit Hilfe dieser wesentlichen Verbesserungen wird die skalierbare Festkörperquantencomputerarchitektur bei Raumtemperatur als zukünftige Alternative zu den Tieftemperaturansätzen mit Phosphor-Qubits in Silizium möglich.
Untersucht wird in dieser Arbeit ein weites Spektrum von Ionenimplantationen in Diamant. Dies reicht von der vollständigen Zerstörung und Umwandlung des Diamanten zu graphitartigen Domäne durch Hochdosis-Implantationen bis hin zur Dotierung durch das gezielte Implantieren von Dotanten. Darüber hinaus wird die Bildung bekannten sowie auch neuer Farbzentren diskutiert.:Inhalt
Bibliographische Beschreibung iii
Referat iii
Abstract iv
1. Einleitung. . .1
2. Thematischer Hintergrund. . .3
2.1. Ionenimplantation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
2.2. Ionenstrahlinduzierte Gitterschäden . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.3. Defekt-Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.4. Physikalische Klassifizierung und Typisierung von Diamanten . . . . . . . 10
2.5. Ladungszustand von Defekten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.6. Farbzentren und Defekte in Diamant . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.6.1. Die Leerstelle oder Vakanz GR1- und ND1-Zentrum . . . . . . . . 19
2.6.2. Das Kohlenstoff-”Zwischengitteratom” R2-Zentrum . . . . . . . . 22
2.6.3. Frenkel-Paar (I-V) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.6.4. Vakanzaggregate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.6.5. Substitutioneller, vereinzelter Stickstoff im Diamanten . . . . . . . 28
2.6.6. Stickstofffehlstellenzentrum NV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.7. Thermische Behandlung von Diamanten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.7.1. Vakanz-Erzeugung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.7.2. Kohlenstoff-Zwischengitteratom-Bildungsrate . . . . . . . . . . . . 40
2.7.3. Thermische Behandlung bis 600 °C nach der Bestrahlung . . . . . . 41
2.7.4. Thermische Behandlung oberhalb von 600 °C nach der Bestrahlung. . .47
3. Kumulativer Teil der Dissertation . . .55
3.1. Veröffentlichung Nr. 1 Investigation of the graphitization process of ionbeam
irradiated diamond using ellipsometry, Raman spectroscopy and electrical
transport measurements . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.1.1. Zusammenfassung und Diskussion Veröffentlichung Nr. 1 . . . . . 62
3.2. Veröffentlichung Nr. 2 Screening and engineering of colour centres in diamond
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
3.2.1. Zusammenfassung und Diskussion Veröffentlichung Nr. 2 . . . . . 88
3.3. Veröffentlichung Nr. 3 Coulomb-driven single defect engineering for scalable
qubits and spin sensors in diamond . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
3.3.1. Zusammenfassung und Diskussion Veröffentlichung Nr. 3 . . . . . 109
4. Zusammenfassung und Ausblick . . .111
Literaturverzeichnis. . . 114
A. Eigenanteil der beigefügten Veröffentlichungen vii
A.1. Veröffentlichung Nr. 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vii
A.2. Veröffentlichung Nr. 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . vii
A.3. Veröffentlichung Nr. 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . viii
B. Danksagung ix
C. Lebenslauf xi
D. Publikationen xiii
E. Selbstständigkeitserklärung xvi
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:76143 |
| Date | 05 October 2021 |
| Creators | Lühmann, Tobias |
| Contributors | Universität Leipzig |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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