Prediction and measurement of the size-dependent stability of fluorescence in diamond over the entire nanoscale

Nano Letters

Volumn 9, Issue 10, 2009, Pages 3555-3564

  Bradac, Carlo ^a   Gaebel, Torsten ^a   Naidoo, Nishen ^a   Rabeau, James R ^a   Barnard, Amanda S ^b  

^a MACQUARIE UNIVERSITY   (Australia)

^b CSIRO   (Australia)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

BIOMEDICAL IMAGING; CONCENTRATION-DEPENDENT; DEPENDENT STABILITY; DIAMOND NANOPARTICLES; INDIVIDUAL PARTICLES; NANO SCALE; NANO-DIAMONDS; OPTICAL LABELS; OPTICALLY ACTIVE; QUANTUM COMPUTING; THERMODYNAMICALLY STABLE; V-DEFECTS;

FLUORESCENCE; QUANTUM COMPUTERS;

DEFECTS;

EID: 70349699049     PISSN: 15306984     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/nl9017379     Document Type: Article

References (52)

1. Shenderova, O. A.; Zirnov, V. V.; Brenner, D. W. Crit. Rev. Solid State Mater. Sci. 2002, 27, 227-356.
2. Wrachtrup, J.; Jelezko, F. J. Phys.: Condens. Matter 2006, 18, S807-S824.
3. Gurudev Dutt, M. V.; Childress, L.; Jiang, L.; Togan, E.; Maze, J.; Jelezko, F.; Zibrov, A. S.; Hemmer, P. R.; Lukin, M. D. Science 2007, 316, 1312-1316.
4. Chao, J.-I.; Perevedentseva, E.; Chung, P.-H.; Liu, K.-K.; Cheng, C.Y.; Chang, C.-C.; Cheng, C.-L. Biophys. J. 2007, 93, 2199-2208.
5. Huang, H. H.; Pierstorff, E.; Ōsawa, E.; Ho, D. Nano Lett. 2007, 7, 3305-3314.
6. Lam, R.; Chen, M.; Pierstorff, E.; Huang, H.; Ōsawa, E.; Ho, D. ACS Nano 2008, 2, 2095-2102.
7. Balasubramanian, G.; Chan, I. Y.; Kolesov, R.; Al-Hmoud, M.; Tisler, J.; Shin, C.; Kim, C.; Wojcik, A.; Hemmer, P. R.; Krueger, A.; Hanke, T.; Leitenstorfer, A.; Bratschitsch, R.; Jelezko, F.; Wrachtrup, J. Nature 2008, 455, 648-651.
8. Maze, J. R.; Stanwix, P. L.; Hodges, J. S.; Hong, S.; Taylor, J. M.; Cappellaro, P.; Jiang, L.; Gurudev Dutt, M. V.; Togan, E.; Zibrov, A. S.; Yacoby, A.; Walsworth, R. L.; Lukin, M. D. Nature 2008, 455, 644-647.
9. Yu, S.-J.; Kang, M.-W.; Chang, H.-C.; Chen, K.-M.; Yu, Y.-C. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 17604-17605.
10. Medintz, I. L.; Uyeda, H. T.; Goldman, E. R.; Mattoussi, H. Nat. Mater. 2005, 4, 435.
11. Cui, B.; Wu, C.; Chen, L.; Ramirez, A.; Bearer, E. L.; Li, W.-P.; Mobley, W. C.; Chu, S. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2007, 104, 13666-13671.
12. Akin, D.; Sturgis, J.; Ragheb, K.; Sherman, D.; Burkholder, K.; Robinson, J. P.; Bhunia, A. K.; Mohammed, S.; Bashir, R. Nat, Nanotechnol. 2007, 2, 441-449.
13. Liu, K.-K.; Cheng, C.-L.; Chang, C.-C.; Chao, J.-L. Nannotechnology 2007, 18, 325102-325112.
14. Schrand, A. M.; Huang, H.; Carlson, C.; Schlager, J. J.; Ōsawa, E.; Hussain, S. M.; Dai., L. J. Phys. Chem. B 2007, 111, 2-7.
15. Schrand, A. M.; Dai, L. M.; Schlager, J. J.; Hussain, S. M.; Ōsawa, E. Diamond Relat. Mater. 2007, 16, 2118-2123.
16. Neugart, F.; Zappe, A.; Jelezko, F.; Tietz, C.; Boudou, J. P.; Krueger, A.; Wrachtrup, J. Nano Lett. 2007, 7, 3588-3591.
17. Gruber, A.; Dräbenstedt, A.; Tietz, C.; Fleury, L.; Wrachtrup, J.; von Borczyskowski, C. Science 1997, 276, 2012-2014.
18. Treussart, F.; Jacques, V.; Wu, E.; Gacoin, T.; Grangier, P.; Roch, J.-F. Physica B 2006, 376, 926-929.
19. Fu, C.-C.; Lee, H.-Y.; Chen, K.; Lim, T.-S.; Wu, H.-Y.; Lin, P.-K.; Wei, P.-K.; Tsao, P.-H.; Chang, H.-C.; Fann, W. Proc. Natl. Acad. Sci U.S.A. 2007, 104, 727-732.
20. Barnard, A. S. Analyst 2009, 134, 1751-1764.
21. Collins, A. T.; Davies, G.; Kanda, H.; Woods, G. S. J. Phys. C 1988, 21, 1363-1367.
22. Rabeau, J. R.; Stacey, A.; Rabeau, A.; Prawer, S.; Jelezko, F.; Mirza, I.; Wrachtrup, J. Nano Lett. 2007, 7, 3433-3437.
23. Chang, Y.-R.; Lee, H.-Y.; Chen, K.; Chang, C.-C.; Tsai, D.-S.; Fu, C.-C.; Lim, T.-S.; Tzeng, Y.-K.; Fang, C.-Y.; Han, C.-C.; Chang, H.-C.; Fann, W. Nat. Nanotechnol. 2008, 3, 284-288.
24. Mainwood, A. Phys Rev. B 1994, 49, 7934-7940.
25. Iakoubovskii, K.; Adriaenssens, G. J. J. Phys.: Condens. Matter 2001, 13, 6015-6018.
26. Davies, G.; Hamer, M. F. Proc. R. Soc. London, Ser. A 1976, 348, 285-298.
27. Davies, G. J. Phys. C: Solid State Phys. 1979, 12, 2551-2566.
28. Smith, B. R.; Inglis, D.; Sandnes, B.; Rabeau, J. R.; Zvyagin, A. V.; Gruber, D.; Noble, C.; Vogel, R.; Ōsawa, E.; Plakhotnik, T. Small, 2009, 5, 1649-1653.
29. Tisler, J.; Balasubramanian, G.; Naydenov, B.; Kolesov, R.; Grotz, B.; Reuter, R.; Boudou, J.-P.; Curmi, P. A.; Sennour, M.; Thorel, A.; Börsch, M.; Aulenbacher, K.; Erdmann, R.; Hemmer, P. R.; Jelezko, F.; Wrachtrup, J. ACS Nano 2009, 3, 1959-1965.
30. Dolmatov, V. Yu Russ. Chem. Rev. 2001, 70, 607-626.
31. Danilenko, V. V. Phys. Solid State 2004, 6, 595-599.
32. Vlasov, I. I.; Barnard, A. S.; Ralchenko, V. G.; Lebedev, O. I.; Kanzyuba, M. V.; Saveliev, A. V.; Konov, V. I.; Goovaerts, E. Adv. Mater. 2009, 21, 808-812.
33. Sattel, S.; Robertson, J.; Tass, Z.; Scheib, M.; Wiescher, D.; Ehrhardt, H. Diamond Relat. Mater. 1997, 6, 255-260.
34. Gruen, D. M. Annu. Rev. Mater. Sci. 1999, 29, 211-259.
35. Sharda, T.; Soga, T.; Jimbo, T.; Umeno, M. Diamond Relat. Mater. 2001, 10, 1592-1596.
36. Wang, T.; Xin, H. W.; Zhang, Z. M.; Dai, Y. B.; Shen, H. S. Diamond Relat. Mater. 2004, 13, 6-13.
37. Barnard, A. S.; Sternberg, M. J. Phys Chem B 2005, 109, 17107-17112.
38. Barnard, A. S.; Sternberg, M. Nanotechnology 2007, 18, 025702-025713.
39. Barnard, A. S.; Sternberg, M. Diamond Relat. Mater. 2007, 16, 2078-2082.
40. Barnard, A. S.; Russo, S. P.; Snook, I. K. J. Comput. Theor. Nanosci. 2005, 2, 180-201.
41. Turner, S.; Lebedev, O. L; Shenderova, O.; Vlasov, I. I.; Verbeeck, J.; Van Tendeloo, G. Adv. Funct. Mater. 2009, 19, 2116-2124.
42. Fang, X. W.; Mao, J. D.; Levin, E. M.; Schmidt-Rohr, K. J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 1426-1435.
43. Shenderova, O. A.; Hu, Z.; Brenner D. Synthesis, Properties and Applications of Ultrananocrystalline Diamond. In Proceedings of the NATO Advanced Research Workshop on Ultrananocrystalline Diamond, St. Petersburg, Russia; Gruen, D., Ya. Vul', A., Shenderova, O., Eds.; NATO Science: Brussels, 2004.
44. Smith, A; Mainwood, A.; Watkins, M. Diamond Relat. Mater. 2002, 11, 312-315.
45. Porezag, D.; Frauenheim, Th.; Köhler, Th.; Seifert, G.; Kaschner, R. Phys. Rev. B 1995, 51, 12947-12957.
46. Frauenheim, Th.; Seifert, G.; Elstner, M.; Niehaus, Th.; Köhler, C.; Amkreutz, M.; Sternberg, M.; Hajnal, Z.; Di Carlo, A.; Suhai, S. J. Phys: Condens. Matter 2002, 14, 3015-3047.
47. (a) Barnard, A. S.; Sternberg, M. J. Mater. Chem. 2007, 17, 4811-4819.
48. (b) Barnard, A. S. J. Mater. Chem. 2008, 18, 4038-4041.
49. Barnard, A. S. Cryst. Growth Des. 2009, DOI: 10.1021/cg900680e.
50. Beveratos, A; Brouri, R; Gacoin, T; Poizat, J.-P.; Grangier, P. Phys. Rev. A 2001, 64, 061802-061806.
51. Martin, J.; Wannemacher, R.; Teichert, J.; Bischoff, L.; Köhler, B. Appl. Phys. Lett. 1999, 75, 3096-3099.
52. Error in the experimental data comes from two main sources: error in the estimate of crystal size using the atomic force microscope and the spherical approximation and error in the estimation of the number of N-V centers using the contrast in the autocorrelation function. It is expected that these sources of error would lead to no more than 5% error in the final analysis .