Centre nitrogen-vacant

Archiu:Diamond Structure.png

Esquemes d'un centre nitrogen-vacant en una ret cristalina de diamant, en els àtoms de carbono en roig, l'àtom de nitrogen en blau i la vacant en groc. A l'esquerra es destaquen les posicions cristalográficas especials i la simetria local C3v, a la dreta es mostra el context de la ret cristalina de diamant.

Un centre nitrogen-vacant consistix en dos posicions adjacents de la ret cristalina del diamant que en lloc de contindre dos àtoms de carbono contenen un únic àtom de nitrogen, quedant l'atra posició vacant. És un dels numerosos defectes cristalins coneguts en el diamant, que s'observen tant en diamants naturals com [diamant sintètic|sintètics]], i els aparten de l'estructura idealizada. El centre nitrogen-vacant més estudiat té una càrrega elèctrica de -1 i dos valors d'espin: un espin nuclear que pot ser I=1 per al nitrogen-14 o I=1/2 per al nitrogen-15, i un espin electrònic S=1, pel mateix electró extra que li dona la càrrega i els radicals que queden pels enllaços covalente trencats. És interessant com a sistema modele en diferents branques de la física quàntica, concretament en òptica quàntica i en computació quàntica, i s'han sugerit possibles aplicacions en sifrat quàntic i en computació quàntica.

Defectes cristalins en el diamant

Artícul principal → Defectes cristalográficos en diamants.

Els defectes cristalins en el diamant, ben naturals, ben induïts, per eixemple per irradiació en partícules d'alta energia, es varen escomençar a estudiar per resonància paramagnética electrònica (RPE) en les décades de 1960 i 1970. Esta tècnica és sensible a molts d'estos defectes, ya que usualment comporten el trencament d'enllaços covalente, deixant electrons desparejados, també cridats radicals, i precisament a estos és sensible la resonància paramagnética electrònica, mentres que l'estructura regular del diamant és diamagnética, açò és, no dona senyal en RPE.

Dins d'una àmplia varietat de defectes, l'àtom de nitrogen va ser el primer al que es va poder assignar una impurea de forma no ambigua a una senyal de resonància paramagnética electrònica. Posteriorment, es va trobar toda una serie de defectes que contenien un, dos o tres àtoms de nitrogen, en diferents posicions relatives, ocasionalment acompanyats per atres àtoms d'atres elements. Per un atre costat, es varen trobar múltiples defectes que incloïen a lo manco una posició vacant: tant vacants aïllades, neutres o en càrrega elèctrica negativa, com associades a atres defectes, entre ells un o dos àtoms de nitrogen o atres elements.

Càrrega i estructura

S'han distinguit dos estats de càrrega d'este defecte, el N-V⁰ neutre i el N-V⁻ negatiu, per mig d'estudis espectroscópicos d'absorció òptica, fotoluminiscencia (PL), resonància paramagnética electrònica (EPR) i resonància magnètica detectada ópticament, que es pot vore com un híbrit de PL i EPR. La major part dels detalls de l'estructura provenen de el EPR.

Un àtom de nitrogen té cinc electrons de valència. Tres d'ells s'unixen covalentemente a àtoms de carbono veïns, els dos restants formen un parell solitari. Tres electrons desparejados, resultants dels tres enllaces carbono-carbono trencats apunten cap al lloc vacant, i l'interacció entre ells és tal que resulta en un espin S=1/2. Aixina que, el N-V⁰ té un electró desapareado, i és paramagnético. No obstant, la seua caracterisació per EPR solament va ser possible de forma indirecta en 2008, despuix d'una excitació òptica; es va postular que la senyal de l'estat fonamental és massa ampla per a la seua detecció.

En l'estat de càrrega negatiu N-V⁻, l'electró extra se situa en el lloc vacant, i el seu acoplament en els tres electrons desparejados dels carbono és tal que resulta en un spin total S=1.