Beschreibung
Ziel des Teilprojektes (TP) ist es, Kohlenstoffsysteme mit eingebauten Defekten zu studieren, neue und bereits gewonnene Erkenntnisse solcher Systeme aus MD-Simulationen zu entwickeln bzw. zu übernehmen und über Berechnungen von Fluoreszenzspektren auf experimentelle Anwendungen zu übertragen. Hier wird sowohl das NV- als auch das SiV-Zentrum betrachtet, die, eingebettet in Diamant, für eine Vielzahl von Anwendungen interessant sind. Neben der Quanteninformationsverarbeitung bei Raumtemperatur sind diese Defekte vielversprechende Kandidaten für Bio-Magnetometrie, Elektrometrie, dekohärente Mikroskopie oder sogar für sensitive Nanothermometer.
Im Besonderen befasst sich das TP mit der Stabilität und der Struktur von oberflächennahen Farbdefektzentren in Kohlenstoffsystemen. Einflüsse von makroskopischen Parametern wie Druck, Temperatur oder Form der Diamanten, werden mit Hilfe von MD-Simulationen und ab-initio Berechnungen untersucht. Mit geringer werdendem Abstand des Defektes zur Oberfläche, wird eine Destabilisierung des Defektladungszustandes und, wie am Beispiel des NV-Zentrums, eine Umwandlung von negativ geladenem (NV-) zu einem neutral (NV0) bzw. positiv geladenem Defekt (NV+) erwartet. Mit Hilfe verschiedener Simulationstechniken sollen diese Effekte analysiert und charakterisiert werden. Des Weiteren versuchen wir anhand verschiedener Oberflächenterminierungen das Fluoreszenzspektrum zu beeinflussen und Defektsysteme dadurch gezielt manipulierbar zu machen.
Durch Platzierung mehrerer Defekte im Diamantgitter entstehen Verspannungen, die jeder einzelne Defekt in der Matrix erzeugt. Deren Einfluss auf das Fluoreszenzspektrum wird berechnet und die Veränderungen charakterisiert. Zusätzlich wird die Elektron-Phonon-Kopplung betrachtet und dabei insbesondere der Beitrag einzelner Vibrationsmoden zur Verschiebung des Energieunterschiedes zwischen HOMO (highest occupied molecular orbital) und LUMO (lowest unoccupied molecular orbital) untersucht.
Alle gewonnenen Erkenntnisse sollen anschließend genutzt werden, um Hybride in Form von Polymeren oder DNA, die sich an Diamantoberflächen mit eingebauten Defekten anlagern, zu ermitteln. Durch die Analyse des Fluoreszenzspektrums des Gesamtsystems lässt sich eine Quantifizierung durchführen.