Modeling Photoluminescence Dynamics in NV Ensembles with Charge Conversion Effects

Neste trabalho, apresentamos uma estrutura de simulação para descrever a dinâmica eletrônica de centros de vacância de nitrogênio (NV) em diamante. O modelo é formulado dentro de uma abordagem matricial, na qual a evolução do sistema é governada por matrizes de taxas de transição e modulada por um termo de exponencial esticada. Uma matriz descreve a dinâmica sob excitação óptica contínua, enquanto uma segunda matriz representa a evolução eletrônica na ausência de iluminação (condições de escuro). A inclusão do termo de exponencial esticada captura processos lentos de conversão de carga, levando a variações na população de N V −, que atribuímos a processos de absorção de dois fótons envolvendo N V 0 em nossa amostra. O modelo é baseado em um formalismo de equações de taxa amplamente utilizado na literatura. Inicialmente, analisamos como esse modelo base reproduz observáveis experimentais fundamentais, em particular a resposta de fotoluminescência (PL). Em seguida, estendemos o modelo incorporando mecanismos físicos adicionais, como conversão de carga, e aplicamos o formalismo para caracterizar uma amostra de diamante disponível em nosso laboratório. A metodologia desenvolvida aqui fornece um protocolo sistemático e reprodutível para a caracterização de ensembles de centros NV com diferentes ambientes de defeitos e propriedades do material, indo além da amostra específica investigada neste trabalho.