Selective alignment of nitrogen-vacancy (NV) centers in diamond is an important technique towards its applications. Quantification of the alignment ratio is necessary to design the optimized diamond samples. However, this is not a straightforward problem for dense ensemble of the NV centers. We estimate the alignment ratio of ensemble NV centers along the [111] direction in (111) diamond by optically detected magnetic resonance measurements. Diamond films deposited by N2 doped chemical vapor deposition have NV center densities over 1 × 1015 cm−3 and alignment ratios over 75%. Although spin coherence time (T2) is limited to a few μs by electron spins of nitrogen impurities, the combination of the selective alignment and the high density can be a possible way to optimize NV-containing diamond samples for the sensing applications.

1.
M. W.
Doherty
,
N. B.
Manson
,
P.
Delaney
,
F.
Jelezko
,
J.
Wrachtrup
, and
L. C. L.
Hollenberg
,
Phys. Rep.
528
,
1
(
2013
).
2.
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
).
3.
V. M.
Acosta
,
E.
Bauch
,
M. P.
Ledbetter
,
C.
Santori
,
K.-M. C.
Fu
,
P. E.
Barclay
,
R. G.
Beausoleil
,
H.
Linget
,
J. F.
Roch
,
F.
Treussart
,
S.
Chemerisov
,
W.
Gawlik
, and
D.
Budker
,
Phys. Rev. B
80
,
115202
(
2009
).
4.
L. M.
Pham
,
N.
Bar-Gill
,
D.
Le Sage
,
C.
Belthangady
,
A.
Stacey
,
M.
Markham
,
D. J.
Twitchen
,
M. D.
Lukin
, and
R. L.
Walsworth
,
Phys. Rev. B
86
,
121202
(
2012
).
5.
F.
Dolde
,
I.
Jakobi
,
B.
Naydenov
,
N.
Zhao
,
S.
Pezzagna
,
C.
Trautmann
,
J.
Meijer
,
P.
Neumann
,
F.
Jelezko
, and
J.
Wrachtrup
,
Nat. Phys.
9
,
139
(
2013
).
6.
H.
Bernien
,
B.
Hensen
,
W.
Pfaff
,
G.
Koolstra
,
M. S.
Blok
,
L.
Robledo
,
T. H.
Taminiau
,
M.
Markham
,
D. J.
Twitchen
,
L.
Childress
, and
R.
Hanson
,
Nature
497
,
86
(
2013
).
7.
A.
Gruber
,
A.
Dräbenstedt
,
C.
Tietz
,
L.
Fleury
,
J.
Wrachtrup
, and
C.
von Borczyskowski
,
Science
276
,
2012
(
1997
).
8.
F.
Jelezko
,
T.
Gaebel
,
I.
Popa
,
A.
Gruber
, and
J.
Wrachtrup
,
Phys. Rev. Lett.
92
,
076401
(
2004
).
9.
N.
Mizuochi
,
P.
Neumann
,
F.
Rempp
,
J.
Beck
,
V.
Jacques
,
P.
Siyushev
,
K.
Nakamura
,
D. J.
Twitchen
,
H.
Watanabe
,
S.
Yamasaki
,
F.
Jelezko
, and
J.
Wrachtrup
,
Phys. Rev. B
80
,
041201
(
2009
).
10.
G.
Balasubramanian
,
P.
Neumann
,
D.
Twitchen
,
M.
Markham
,
R.
Kolesov
,
N.
Mizuochi
,
J.
Isoya
,
J.
Achard
,
J.
Beck
,
J.
Tissler
,
V.
Jacques
,
P. R.
Hemmer
,
F.
Jelezko
, and
J.
Wrachtrup
,
Nat. Mater.
8
,
383
(
2009
).
11.
P. L.
Stanwix
,
L. M.
Pham
,
J. R.
Maze
,
D.
Le Sage
,
T. K.
Yeung
,
P.
Cappellaro
,
P. R.
Hemmer
,
A.
Yacoby
,
M. D.
Lukin
, and
R. L.
Walsworth
,
Phys. Rev. B
82
,
201201
(
2010
).
12.
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
).
13.
A. M.
Edmonds
,
U. F. S.
D'aenens-Johansson
,
R. J.
Cruddace
,
M. E.
Newton
,
K.-M. C.
Fu
,
C.
Santori
,
R. G.
Beausoleil
,
D. J.
Twitchen
, and
M. L.
Markham
,
Phys. Rev. B
86
,
035201
(
2012
).
14.
T.
Fukui
,
Y.
Doi
,
T.
Miyazaki
,
Y.
Miyamoto
,
H.
Kato
,
T.
Matsumoto
,
T.
Makino
,
S.
Yamasaki
,
R.
Morimoto
,
N.
Tokuda
,
M.
Hatano
,
Y.
Sakagawa
,
H.
Morishita
,
T.
Tashima
,
S.
Miwa
,
Y.
Suzuki
, and
N.
Mizuochi
,
Appl. Phys. Express
7
,
055201
(
2014
).
15.
J.
Michl
,
T.
Teraji
,
S.
Zaiser
,
I.
Jakobi
,
G.
Waldherr
,
F.
Dolde
,
P.
Neumann
,
M. W.
Doherty
,
N. B.
Manson
,
J.
Isoya
, and
J.
Wrachtrup
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
102407
(
2014
).
16.
M.
Lesik
,
J.-P.
Tetienne
,
A.
Tallaire
,
J.
Achard
,
V.
Mille
,
A.
Gicquel
,
J.-F.
Roch
, and
V.
Jacques
,
Appl. Phys. Lett.
104
,
113107
(
2014
).
17.
M.
Lesik
,
T.
Plays
,
A.
Tallaire
,
J.
Achard
,
O.
Brinza
,
L.
William
,
M.
Chipaux
,
L.
Toraille
,
T.
Debuisschert
,
A.
Gicquel
,
J.
Roch
, and
V.
Jacques
,
Diam. Relat. Mater.
56
,
47
(
2015
), 1504.02011.
18.
T. P. M.
Alegre
,
C.
Santori
,
G.
Medeiros-Ribeiro
, and
R. G.
Beausoleil
,
Phys. Rev. B
76
,
165205
(
2007
).
19.
N.
Tokuda
,
T.
Makino
,
T.
Inokuma
, and
S.
Yamasaki
,
Jpn. J. Appl. Phys.
51
,
090107
(
2012
).
20.
L.
Childress
,
M. V.
Gurudev Dutt
,
J. M.
Taylor
,
A. S.
Zibrov
,
F.
Jelezko
,
J.
Wrachtrup
,
P. R.
Hemmer
, and
M. D.
Lukin
,
Science
314
,
281
(
2006
).
21.
R.
Hanson
,
O.
Gywat
, and
D. D.
Awschalom
,
Phys. Rev. B
74
,
161203
(
2006
).
22.
X.-F.
He
,
N. B.
Manson
, and
P. T. H.
Fisk
,
Phys. Rev. B
47
,
8816
(
1993
).
23.
R. J.
Epstein
,
F. M.
Mendoza
,
Y. K.
Kato
, and
D. D.
Awschalom
,
Nat. Phys.
1
,
94
(
2005
).
24.
T.
Miyazaki
,
Y.
Miyamoto
,
T.
Makino
,
H.
Kato
,
S.
Yamasaki
,
T.
Fukui
,
Y.
Doi
,
N.
Tokuda
,
M.
Hatano
, and
N.
Mizuochi
,
Appl. Phys. Lett.
105
,
261601
(
2014
).
25.
G. Z.
Cao
,
J. J.
Schermer
,
W. J. P.
van Enckevort
,
W. A. L. M.
Elst
, and
L. J.
Giling
,
J. Appl. Phys.
79
,
1357
(
1996
).
26.
S.
Dunst
,
H.
Sternschulte
, and
M.
Schreck
,
Appl. Phys. Lett.
94
,
224101
(
2009
).
27.
R.
Hanson
,
V. V.
Dobrovitski
,
A. E.
Feiguin
,
O.
Gywat
, and
D. D.
Awschalom
,
Science
320
,
352
(
2008
).
You do not currently have access to this content.