光検出磁気共鳴
ダイヤモンド中の窒素空孔欠陥は、1つの置換窒素原子(1つの炭素原子を置換する)と、通常炭素原子が位置する格子中の隣接ギャップもしくは空孔からなる。
窒素空孔は3つの可能な荷電状態、正(NV)、中性(NV)、負(NV)で起こる。 NVはこれらの荷電状態のうちアクティブであることが示されている唯一のものであるため、単にこれをNVと呼ぶことが多い。
NVのエネルギー準位構造は、3重項基底状態、3重項励起状態、2つの1重項状態からなる。共鳴光励起下では、NVは3重項基底状態から3重項励起状態へ上がる。その後、中心は2つの経路で基底状態へ戻る。ゼロフォノン線(ZPL)(またはフォノン側波帯からのより長い波長)における637nmの光子の放出、もしくはその代わりに項間交差および1024nm光子の放出による前述の1重項状態を介するものである。後者の経路で基底状態へ戻ると、優先的に m s = 0 {\displaystyle m_{s}=0} 状態になる。
m s = 0 {\displaystyle m_{s}=0} 状態に緩和すると、必然的に可視波長の蛍光が減少する(放出される光子は赤外領域にあるため)。