A compact ensemble of high density nitrogen-vacancy (NV) centers in diamond is essential to sense various external fields with a high precision at the nanoscale. Here, defects in type IIa and type Ib diamonds induced by 28 MeV electron irradiation at 77 K were studied by combining the positron annihilation spectroscopy and first-principles calculations. It is shown that the electron irradiation at 77 K can significantly enhance the NV center formation by directly converting 24% vacancies into the NV centers, indicating that it is an efficient way to produce the high density NV centers in the type Ib diamond.

1.
J. H. N.
Loubser
and
J. A.
van Wyk
,
Rep. Prog. Phys.
41
,
1201
(
1978
).
2.
J. R.
Weber
,
W. F.
Koehl
,
J. B.
Varley
,
A.
Janotti
,
B. B.
Buckley
,
C. G.
Van de Walle
, and
D. D.
Awschalom
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.
107
,
8513
(
2010
).
3.
F.
Jelezko
and
J.
Wrachtrup
,
Phys. Status Solidi A
203
,
3207
(
2006
).
4.
R.
Hanson
,
F. M.
Mendoza
,
R. J.
Epstein
, and
D. D.
Awschalom
,
Phys. Rev. Lett.
97
,
087601
(
2006
).
5.
C.
Kurtsiefer
,
S.
Mayer
,
P.
Zarda
, and
H.
Weinfurter
,
Phys. Rev. Lett.
85
,
290
(
2000
).
6.
G.
Balasubramanian
,
I. Y.
Chan
,
R.
Kolesov
,
M.
Al-Hmoud
,
J.
Tisler
,
C.
Shin
,
C.
Kim
,
A.
Wojcik
,
P. R.
Hemmer
,
A.
Krueger
,
T.
Hanke
,
A.
Leitenstorfer
,
R.
Bratschitsch
,
F.
Jelezko
, and
J.
Wrachtrup
,
Nature
455
,
648
(
2008
).
7.
F.
Dolde
,
H.
Fedder
,
M. W.
Doherty
,
T.
Nobauer
,
F.
Rempp
,
G.
Balasubramanian
,
T.
Wolf
,
F.
Reinhard
,
L. C. L.
Hollenberg
,
F.
Jelezko
, and
J.
Wrachtrup
,
Nat. Phys.
7
,
459
(
2011
).
8.
M. W.
Doherty
,
F.
Dolde
,
H.
Fedder
,
F.
Jelezko
,
J.
Wrachtrup
,
N. B.
Manson
, and
L. C. L.
Hollenberg
,
Phys. Rev. B
85
,
205203
(
2012
).
9.
D.
Maclaurin
,
M. W.
Doherty
,
L. C. L.
Hollenberg
, and
A. M.
Martin
,
Phys. Rev. Lett.
108
,
240403
(
2012
).
10.
A.
Ajoy
and
P.
Cappellaro
,
Phys. Rev. A
86
,
062104
(
2012
).
11.
J.
Meijer
,
B.
Burchard
,
M.
Domhan
,
C.
Wittmann
,
T.
Gaebel
,
I.
Popa
,
F.
Jelezko
, and
J.
Wrachtrup
,
Appl. Phys. Lett.
87
,
261909
(
2005
).
12.
B.
Naydenov
,
V.
Richter
,
J.
Beck
,
M.
Steiner
,
P.
Neumann
,
G.
Balasubramanian
,
J.
Achard
,
F.
Jelezko
,
J.
Wrachtrup
, and
R.
Kalish
,
Appl. Phys. Lett.
96
,
163108
(
2010
).
13.
Positron Spectroscopy of Solids
, edited by
A.
Dupasquier
and
A. P.
Mills
, Jr.
(
IOS
,
Amsterdam
,
1995
).
14.
M. J.
Puska
and
R. M.
Nieminen
,
Rev. Mod. Phys.
66
,
841
(
1994
).
15.
P.
Hautojärvi
and
C.
Corbel
, Positron Spectroscopy of Defects in Metals and Semiconductors, in
Positron Spectroscopy of Solids
, edited by
A.
Dupasquier
and
A. P.
Mills
, Jr.
(
IOS
,
Amsterdam
,
1995
), p.
491
.
16.
R.
Krause-Rehberg
and
H. S.
Leipner
,
Positron Annihilation in Semiconductors
(
Springer-Verlag
,
New York
,
1998
).
17.
M.
Hasegawa
,
K.
Kawasuso
,
T.
Chiba
,
T.
Akahane
,
M.
Suezawa
,
S.
Yamaguchi
, and
K.
Sumino
,
Appl. Phys. A
61
,
65
(
1995
).
18.
Z.
Tang
,
M.
Hasegawa
,
T.
Chiba
,
M.
Saito
,
A.
Kawasuso
,
Z. Q.
Li
,
R. T.
Fu
,
T.
Akahane
,
Y.
Kawazoe
, and
S.
Yamaguchi
,
Phys. Rev. Lett.
78
,
2236
(
1997
).
19.
M. H.
Weber
,
K. G.
Lynn
,
B.
Barbiellini
,
P. A.
Sterne
, and
A. B.
Denison
,
Phys. Rev. B
66
,
041305
(
2002
).
20.
F.
Tuomisto
,
V.
Ranki
,
K.
Saarinen
, and
D. C.
Look
,
Phys. Rev. Lett.
91
,
205502
(
2003
).
21.
A.
Kawasuso
,
M.
Yoshikawa
,
H.
Itoh
,
T.
Chiba
,
T.
Higuchi
,
K.
Betsuyaku
,
F.
Redmann
, and
R.
Krause-Rehberg
,
Phys. Rev. B
72
,
045204
(
2005
).
22.
S.
Dannefaer
,
P.
Mascher
, and
D.
Kerr
,
Diamond Relat. Mater.
1
,
407
(
1992
).
23.
A.
Uedono
,
K.
Mori
,
N.
Morishita
,
H.
Itoh
,
S.
Tanigawa
,
S.
Fujii
, and
S.
Shikata
,
J. Phys.: Condens. Matter
11
,
4925
(
1999
).
24.
J.
Botsoa
,
T.
Sauvage
,
M. P.
Adam
,
P.
Desgardin
,
E.
Leoni
,
B.
Courtois
,
F.
Treussart
, and
M. F.
Barthe
,
Phys. Rev. B
84
,
125209
(
2011
).
25.
S.
Dannefaer
,
Phys. Status Solidi C
4
,
3605
(
2007
).
26.
J.-M.
Mäki
,
F.
Tuomisto
,
A.
Varpula
,
D.
Fisher
,
R. U. A.
Khan
, and
P. M.
Martineau
,
Phys. Rev. Lett.
107
,
217403
(
2011
).
27.
P.
Asoka-Kumar
,
M.
Alatalo
,
V. J.
Ghosh
,
A. C.
Kruseman
,
B.
Nielsen
, and
K. G.
Lynn
,
Phys. Rev. Lett.
77
,
2097
(
1996
).
28.
H.
Sumiya
and
S.
Satoh
,
Diamond Relat. Mater.
5
,
1359
(
1996
).
29.
Z.
Tang
,
M.
Hasegawa
,
T.
Chiba
,
M.
Saito
,
H.
Sumiya
,
Y.
Kawazoe
, and
S.
Yamaguchi
,
Phys. Rev. B
57
,
12219
(
1998
).
30.
P.
Kirkegaard
,
N. J.
Pedersen
, and
M.
Eldrup
, PATFIT-88 (RISO-M-2740),
1988
.
31.
G.
Kresse
and
J.
Hafner
,
J. Phys.: Condens. Matter
6
,
8245
(
1994
).
32.
M. J.
Puska
,
A. P.
Seitsonen
, and
R. M.
Nieminen
,
Phys. Rev. B
52
,
10947
(
1995
).
33.
P. E.
Mijnarends
,
Phys. Rev. B
4
,
2820
(
1971
).
34.
B.
Barbiellini
,
M. J.
Puska
,
T.
Korhonen
,
A.
Harju
,
T.
Torsti
, and
R. M.
Nieminen
,
Phys. Rev. B
53
,
16201
(
1996
).
35.
A. M.
Zaitsev
,
Optical Properties of Diamond: A Data Handbook
(
Springer-Verlag
,
Berlin
,
2001
).
36.
P.
Hautojärvi
,
J. Phys. IV France
5
,
C1
3
C1
14
(
1995
).
37.
G.
Davies
and
A. T.
Collins
,
Diamond Relat. Mater.
2
,
80
(
1993
).
You do not currently have access to this content.