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相似文献
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1.
金刚石氮-空位(nitrogen-vacancy,NV)色心量子体系因在室温条件下具有可实现单自旋寻址与操控、长量子相干时间等独特优势,在固态量子计算、量子精密测量等领域展现了巨大的应用潜力,其中单自旋的精确操控技术对于NV色心应用的发展尤为关键.NV色心量子体系中常用的自旋操控方法都是通过共振的交变磁场来驱动和操控NV色心电子自旋.本文开展了利用交变电场对NV色心电子自旋进行调控的技术研究.通过电极所产生的交变电场成功驱动了NV色心自旋在|ms=-1>与|ms=+1>两个△ms=±2的磁禁戒能级间的跃迁,并观测到受控自旋在相关能级的布居度周期性变化而展现出的Rabi振荡现象.进一步的研究表明,电场驱动Rabi振荡的频率受驱动电场功率的调控,与驱动电场的共振频率无直接关系.将自旋电控制技术与磁控制技术方法相结合,能够实现对NV色心3个自旋能级间直接跃迁的全操控.自旋电控制技术的发展将进一步推动NV色心量子体系在量子模拟、量子计算、电磁场的精密测量等领域研究和应用的发展.  相似文献   

2.
董杨  杜博  张少春  陈向东  孙方稳 《物理学报》2018,67(16):160301-160301
在室温下,金刚石中的氮-空位(NV)色心具有荧光强度稳定、电子自旋相干时间长以及与生俱来的原子尺寸的特点,是优良的纳米量子传感器.在成像领域中,将各种超分辨成像显微技术应用于NV色心体系,发展出多种高空间纳米分辨率的成像方法.此外,NV色心作为固态量子比特可以通过光学方法对其进行初始化和读取.NV色心电子自旋量子态还可以与电磁场、应力等进行相干耦合.基于这些耦合,科研人员在实验上实现了对相关物理量纳米级空间分辨率的高灵敏表征.目前这些量子传感技术可以应用在新材料、单个蛋白质核自旋、活体神经元等方面的测量中.本综述主要介绍金刚石中NV色心纳米量子传感器件的工作原理、实验实现和优化以及在相关领域的应用.  相似文献   

3.
在各种物理量中,温度是最直观和最普遍的量.温度的剧烈变化通常意味着物体的物理性质出现波动,因此在各个领域中温度往往是重要的指标.随着科学技术的发展,许多领域研究和应用的尺度越来越小,然而在小于10μm的空间尺度内还没有通用的温度测量方法.除了空间分辨率的要求,传感器在测量过程中不应该对被测对象有巨大影响,金刚石氮-空位(nitrogen vacancy, NV)色心是一种稳定的发光缺陷,通过对其能谱和电子自旋量子态的测量,可以获得其附近温度、电磁场等物理量的信息.由于金刚石的化学特性稳定和热导率高,可以进行纳米尺度的非破坏性测量.它对细胞无毒,也可以用于生命领域的研究.此外,根据金刚石的特性, NV色心可以与光纤、扫描显微镜等技术结合,实现不同场景中的温度测量.本文将介绍金刚石NV色心的温度特性、测温原理及其在相关领域的应用.  相似文献   

4.
在金刚石氮空位色心的高灵敏传感探测研究中,光学调控是氮空位色心实现高效光学初态制备及信息提取的关键.本文基于高浓度的金刚石氮空位色心系综检测展开,采用脉冲光学探测磁共振技术,系统地研究了激光初态极化时间、信息读取时间与激光功率的关联特性,并进一步研究了激光入射偏振角与传感信息精度的关系.探究了各个激光参数对高浓度金刚石氮空位色心系综[111]轴上光学探测磁共振谱中第一个共振峰的影响,并通过实验结果进行分析,最终选取在光功率密度为45.8 W/cm2下的最优实验参数(300μs的极化时间, 700 ns的读取时间,激光入射角为220°)进行了光学磁探测共振测试,与优化前的实验参数(极化时间为50μs,读取时间为3000 ns,入射角度为250°)相比,典型的磁检测灵敏度由21.6 nT/Hz1/2提升到5.6 nT/Hz1/2.以上研究结果表明我们已经实现光学精密调控的优化测量,这些研究结果也为高浓度氮空位色心系综精密调控实现温度和生物成像、量子计算及量子信息等领域调控传感检测提供了有效参考.  相似文献   

5.
利用金刚石氮空位色心体系耦合于一个双边的光子晶体腔(该光子晶体腔与两个波导耦合)来制备Bell态、GHZ态和团簇态。当光子被探测和进行幺正操作后,就得到纠缠态。同时计算了该体系的保真度,发现在近似参数条件下,该模型可得到较好结果。  相似文献   

6.
彭世杰  刘颖  马文超  石发展  杜江峰 《物理学报》2018,67(16):167601-167601
磁是一种重要的物理现象,对其进行精密测量推动了许多科技领域的发展.各类测磁技术,包括霍尔传感器、超导量子干涉仪、自旋磁共振等,都致力于提升空间分辨率和灵敏度.近年来,金刚石中的氮-空位色心广受关注.这一固态单自旋体系具有许多优点,例如易于初始化和读出、可操控、具有较长相干时间等,这使得它不仅在量子信息、量子计算等领域崭露头角,而且在量子精密测量上显现出巨大的应用前景.基于氮-空位色心,利用动力学解耦、关联谱等技术,已实现若干高灵敏度、高分辨率的微观磁共振实验,其中包括纳米尺度乃至单分子、单自旋的核磁共振和电子顺磁共振.氮-空位色心也可以用于微波和射频信号的精密测量.本文对围绕上述主题开展的一系列研究工作进行综述.  相似文献   

7.
金刚石中单个氮空位中心的电子自旋在激光辐射下能够发出近红外的光致荧光,增加微波辐射可以对其进行量子调控,是室温条件下实现量子计算机的主要介质之一.本文利用激光共聚焦扫描显微系统观测到了金刚石晶体中氮空位中心的荧光二维扫描图,并通过二次相关函数测量验证了氮空位中心是单光子源.改变微波辐射频率得到了电子自旋共振谱,从而实现了对单个氮空位中心的量子调控.利用设计的可控静磁场研究了氮空位中心在不同磁场方向和大小时的光致荧光特性和自旋共振峰.实验结果表明两个电子自旋共振峰间的频率间距与静磁场的旋转角度成余弦函数关系,与理论分析结果一致.  相似文献   

8.
李路思  李红蕙  周黎黎  杨炙盛  艾清 《物理学报》2017,66(23):230601-230601
基于金刚石氮-空位色心对精确测量微弱静磁场进行了探索.金刚石氮-空位色心电子自旋的退相干时间高度依赖于外磁场,而不同的退相干特征时间对磁场的灵敏度不同.对金刚石氮-空位色心电子自旋在不同强度外磁场下的退相干过程进行模拟,得到不同退相干特征时间与磁场大小的高准确度关系,提出了基于响应度最高的退相干特征时间测量静态弱磁场大小和方向的方法,并分析了该方法测量静态弱磁场的灵敏度,证明该方法的测量灵敏度比一般磁场测量仪器更高.  相似文献   

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高分辨率宽频谱测量技术在天文学、无线通信、医学成像等领域具有重要应用价值.金刚石氮-空位(nitrogen-vacancy, NV)色心因其高稳定性、高灵敏度、实时监测、单点探测以及适用于长时间测量等特性已成为频谱分析仪备受关注的选择.目前,基于NV色心作为探测器的宽频谱分析仪能够在几十GHz频带内进行实时频谱分析,然而其频率分辨率仅达到MHz水平.本文通过搭建结合连续外差技术的量子金刚石微波频谱成像系统,利用磁场梯度对NV色心谐振频率进行空间编码,成功获取了900 MHz—6.0 GHz范围内完整的频谱数据.在可测频谱范围内,系统进一步采用连续外差的方法,同时施加谐振微波和轻微失谐的辅助微波对NV色心进行有效激发,增强了NV磁强计对微弱微波信号的响应.该方法使系统在可测频谱范围内实现了1 Hz的频率分辨率,并能够对间隔为1 MHz扫频步进的多个频点的频率分辨率进行单独测量.以上研究结果表明基于NV色心的宽频谱测量可实现Hz级频率分辨,为未来的频谱分析和应用提供了有力的技术支持.  相似文献   

11.
    
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12.
基于压电陶瓷精密微位移系统的扫描探测技术是目前精密测量仪器进行微纳区域/结构性能测试的核心系统,但压电陶瓷材料存在迟滞、非线性问题,限制了对微位移分辨能力的提升.本文以金刚石氮空位色心为敏感单元,利用电子自旋效应对磁场强度的高分辨敏感机理,结合永磁体周围不同位置对应的磁场强度变化关系,提出了一种基于金刚石氮空位色心电子自旋敏感机理的微位移检测方法.通过建立电子自旋效应与微位移的关联模型,搭建了相应的微位移测量系统.经实验验证,该系统对微位移测试的灵敏度为16.67 V/mm,检测分辨率达到60 nm,实现了对微位移的高分辨率测量.并通过理论分析,该系统的微位移测量分辨率可进一步提升至亚纳米级水平,为新型微位移测量技术提供了发展方向和研究思路.  相似文献   

13.
    
Quantum magnetic sensors based on nitrogen vacancy (NV) centers are expected to be used for various biological and medical applications. Continuously excited (CE) Ramsey magnetometry is one of the most sensitive measurement protocols and has the potential to improve the sensitivity of sensors using additional quantum manipulations to extend the spin dephasing time. In a typical ensemble NV measurement, the spin dephasing time is limited by inhomogeneous coupling. To overcome this limitation, a magnetometry that extends the CE Ramsey protocol with a double-quantum (DQ) Ramsey sequence and spin bath driving is developed. It is demonstrated that the electric noise due to the spatial inhomogeneity of the crystal strain is cancelled out by the DQ Ramsey, and the magnetic noise due to the P1 centers was suppressed by spin bath driving. Compared to the conventional CE Ramsey, the CE-DQ Ramsey with spin bath driving effectively doubles the gyromagnetic ratio and yields a twofold extension of T2*, corresponding to a fourfold enhancement of the photon-shot-noise limited sensitivity.  相似文献   

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Fluorescent nanodiamonds (FNDs) are vital to many emerging nanotechnological applications, from bioimaging and sensing to quantum nanophotonics. Yet, understanding and engineering the properties of fluorescent defects in nanodiamonds remain challenging. The most comprehensive study to date is presented, of the optical and physical properties of five different nanodiamond samples, in which fluorescent nitrogen‐vacancy (NV) centers are created using different fabrication techniques. The FNDs' fluorescence spectra, lifetime, and spin relaxation time (T1) are investigated via single‐particle confocal fluorescence microscopy and in ensemble measurements in solution (T1 excepted). Particle sizes and shapes are determined using scanning electron microscopy and correlated with the optical results. Statistical tests are used to explore correlations between the properties of individual particles and also analyze average results to directly compare different fabrication techniques. Spectral unmixing is used to quantify the relative NV charge‐state (NV? and NV0) contributions to the overall fluorescence. A strong variation is found and quantified in the properties of individual particles within all analyzed samples and significant differences between the different particle types. This study is an important contribution toward understanding the properties of NV centers in nanodiamonds. It motivates new approaches to the improved engineering of NV‐containing nanodiamonds for future applications.  相似文献   

16.
    
The broadband enhancement of single‑photon emission from nitrogen‐vacancy centers in nanodiamonds coupled to a planar multilayer metamaterial with hyperbolic dispersion is studied experimentally. The metamaterial is fabricated as an epitaxial metal/dielectric superlattice consisting of CMOS‐compatible ceramics: titanium nitride (TiN) and aluminum scandium nitride (AlxSc1‐xN). It is demonstrated that employing the metamaterial results in significant enhancement of collected single‑photon emission and reduction of the excited‐state lifetime. Our results could have an impact on future CMOS‐compatible integrated quantum sources.

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17.
Several single crystals and powder samples of ammonium tartrate, recently proposed as a possible ESR dosimeter, have been X-irradiated with different doses. The total radical concentration has been determined by quantitative cw ESR, by comparison with a standard. The samples have been studied by electron spin echo spectroscopy. The two-pulse echo decay has been obtained and simulated by a single exponential function for different values of the microwave power of the pulses and for different pulse lengths. The dependence of the phase memory time TM on the microwave power has been exploited to get information on the contribution of the instantaneous diffusion to spin dephasing. At room temperature in the range of radical concentrations of 10(18)-10(19) spins/cm3 the instantaneous diffusion is the dominant spin dephasing mechanism. The linear dependence of the instantaneous diffusion on the total concentration of the radicals is in agreement with the theory. From the latter result we conclude that the average radical-radical distance corresponds to a random distribution of the radicals in the matrix. A simple method of measuring the radical concentration by the ESE decays in powder samples of irradiated ammonium tartrate is described.  相似文献   

18.
BaFCl:Eu2+X射线存储机制的探讨   总被引:3,自引:0,他引:3  
本文报导了BaF2-xClx和BSFCl:Eu2-(0.1%)两种粉未样品的制备过程;及其系列样品的电子自旋共振的实验结果.认为BaFCl:Eu2-存储X射线的过程是:经X射线辐照后;在其晶体中形成自由电子和空穴,阴离子空位俘获一个电子形成F心,而空穴被束缚在两个氯离子上形成Vk(Cl2-)心,Vk(Cl2-)心经迁移被发光中心Eu2+所束缚.  相似文献   

19.
解其云  吴小山 《物理学报》2009,58(2):1229-1236
研究了锶空位对La0.7Sr0.3-xxCoO3 (0≤x≤0.2)多晶钴氧化物结构、磁性和输运性质的影响.结果表明:随着锶空位浓度x的增大,A位阳离子无序度增大,导致铁磁双交换作用减弱及反铁磁超交换作用增强,两者相互竞争,出现团簇自旋玻璃态;空位浓度超过10%后,Co—O键长迅速减小,导致晶体场劈裂能加大,大部分三价钴离子以低自旋态出现,系统基态为类超顺磁态,关键词:空位掺杂钴氧化物自旋转变  相似文献   

20.
采用飞秒时间分辨圆偏振光抽运-探测光谱对In01Ga09N薄膜的电子自旋注入和弛豫进行了研究.获得初始自旋偏振度约为02,此结果支持在圆偏振光激发下,重、轻空穴带的跃迁强度比为3∶1,而不支持1∶1或1∶094的观点同时获得自旋偏振弛豫时间为490±70ps,定性分析了自旋弛豫机理,认为BAP机理是电子自旋弛豫的主要机理.关键词:电子自旋InGaN自旋极化自旋弛豫  相似文献   

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