对金刚石的许多量子应用研究集中在识别可以在碳晶格中发现的数百种不同缺陷。一种这样的缺陷是带负电荷的氮空位缺陷，称之为NV缺陷。目前金刚石薄膜NV Center已经被广泛应用在量子信息技术、精 密测量及生物检测中。

NV缺陷是一种在金刚石中的中性氮空位缺陷，它可以具有四个不同的晶体学取向。当晶格附近存在另一个缺陷时，该缺陷中的电子能量较高。在这种情况下，电子会转移到氮空位上，使其带负电。与带负电的氮空位（NV）缺陷相关的电子占据了空位周围的悬空键，因此其能级与捕获离子中的能级相似。这些NV缺陷具有的能量水平 特定组合，使得在晶体与绿色光照射时，电子将统计上更可能进入自旋状态，从而使电子围绕该环路循环足够的次数，使自旋有效地对齐。利用了缺陷所发出的光量是“亮”或“暗”的事实，可以测量其基态的自旋。 通过施加微波和进一步的光脉冲，可以操纵NV缺陷以进行量子实验。

因此，基于NV缺陷的结构，金刚石薄膜的氮-空位（NV）色心稳定性好，电子自旋相干时间长，经激光和微波输入后会有特定反应，是一种非常优 秀的量子固体单自旋基质材料。用含NV色心的金刚石薄膜材料制作的器件，在量子信息处理、生物荧光标记、电场探测、磁场探测等领域内潜力巨大。