金刚石NV色心的制备以及在量子测量领域的应用
发布时间：2021-06-25 12:46
量子计量学是基于量子物理学和计量学的理论框架,结合量子科学、计量科学和现代实验技术的新型实用交叉学科。量子计量学是量子科学的重要应用,也是更精准计量学的必经之路;既是科技进步的产物,也是时代发展的需求。量子计量学的发展将有助于我们更真实的了解世界,更深刻的改造世界。目前,NV色心是量子测量技术一种重要的物理载体,它具有性质稳定,相干时间长,光学可读取,常温可操作等优秀的自身属性,同时可以非破坏性地测量电场、磁场、时间、应力、热能等多个基础物理量。随着测量参数的优化和实验技术的进步,量子精密测量技术的研究领域和适用范围将在物理、化学、生物、材料科学等众多领域进一步扩大,可行性和实用性将进一步加深。本博士论文主要完成以下工作:（1）系统研究了基于NV色心的固态量子体系在生成、制备、加工和检测全过程的工艺参数。通过不同加工方式、不同能量和剂量、不同退火流程等,经过系统的数据模拟和一百多批次的完整样品制备经历,总结并优化了基于CVD合成金刚石通过离子注入产生色心的实验参数。并可以根据不同需求高效定制化得到单个（或多个）色心点阵样品和浓度可调的系综样品,可以定制化得到距离表面10nm到100nm...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：134 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１?（１）为中科院武汉光电国家实验室的原子干涉仪设备；（２）为德国柏林洪??堡大学的原子干涉仪设备；（３）为法国巴黎天文台的原子干涉仪设备
第二章金刚石材料及内部色心??—１麵??動漏??图２．１?（１）传统珠宝装饰；（２）现代珠宝装饰，该钻戒为某品牌商用戒指；（３）??工业金刚石钻头；（４）工业级金刚石粉末。??从形成方式上，现有金刚石也分为天然的和人工合成的，从产能上看，天然??形成的较为稀少，人工合成的根据性质的不同，价格相差巨大。从物理科研工作??上说，主要都是采用人工合成的金刚石为主要研究对象。??从材料学角度，通常我们根据金刚石内部，杂质原子含量的高低可以对金刚??石进行分类，杂质原子含量的高低会影响甚至改变金刚石材料的多方面性质。其??中氮原子是金刚石材料中最常见的杂质，氮含量在２０？５００ｐｐｍ之间的金刚石材??料称为Ｉ型，其中根据所含氮原子的种类分为ｌａ型（含有双原子或多原子氮）和ｌｂ??型（含有单原子氮）。氮含量低于２０ｐｐｍ的材料称为ＩＩ型金刚石。在ＩＩ型金刚石中??硼原子含量较少的称为Ｉｌａ型金刚石，硼掺杂量较高的称为ｌｉｂ型金刚石。Ｉｌａ型金??刚石属于高纯度金刚石，天然含量极低，以人工合成为主要来源，紫外吸收边带??在５．５ｅＶ，红外吸收边带在０．５ｅＶ左右。本博士论文研宄领域内，主要以研究单??晶Ｉｌａ型金刚石为主。??１２??
第二章金刚石材料及内部色心??从而加速反应的进行［４］。??实验中需要设定微波辐射与谐振腔的耦合方式，根据样品的不同设计定制专??用的可平移，可旋转，冷却或加热的样品平台。通过功率的调节，在高功率下，??得到增长速率快有一定缺陷浓度的大块单晶样品，在低功率下，得到较为精确的??特定尺寸特定掺杂比例的单晶样品，设备实物图如图２．２所示。??＿??图２．２?（１）为实验中等离子体辅助ＣＶＤ生长设备的实物图；图（２）为同原理??设备内部样品安装位置的实物图［５］。??在博士期间的工作中除部分购买样品外，其余均来自于人工合成ＣＶＤ生长??得到，所使用的设备，型号为：ＳｅｋｉＣｏｒｐ．ＡＸ－５２５０Ｓ。在生长开始之前，首先需??要准备用于生长的基底样品，基底样品尺寸将决定化学气相沉积形成样品的大小，??在彻底清洁之后才用于生长，不然会造成单晶度下降，并且污染腔体等问题，其??次需要根据，预期设定样品中杂质的含量，通入特定比例的气体，我们往往通过??氮气的量来控制样品中的氮含量，根据之后的表征发现，这种方式估测的误差较??大，所以样品具体的杂质含量需要使用ＥＳＲ单独标定。??合成实验中，我们会根据不同的实验需求改变过程参数，在这里我以单批次??样品生长为例，该样品用于电子束辐照系列实验，详见第四章，本次生长的基底??样品是购买自Ｅｌｅｍｅｎｔ－６公司，尺寸约为３ｘ３ｘ〇．５?ｍｍ，金刚石类型为ｌｂ型商用??尚压局温（ＨＰＨＴ）合成，表面垂直单晶取向为（１００）晶向。在使用做基底生??长之前，为保证表面洁净度，需要先在２００°Ｃ的硫酸和硝酸（１：?２）混合物中加??热清洗１小时，然后用去离子水反复稀释，最后在丙酮和异丙醇溶液中，密闭
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于金刚石体系中氮-空位色心的固态量子传感[J]. 董杨,杜博,张少春,陈向东,孙方稳. 物理学报. 2018(16)
[2]金刚石氮空位中心自旋量子调控[J]. 刘刚钦,邢健,潘新宇. 物理学报. 2018(12)
[3]高温射频超导量子干涉器探头的研制[J]. 柯汉忠,刘祥文,严春杰,赵毅,陈晓东. 工程地球物理学报. 2015(06)
[4]西藏罗布莎铬铁矿床中的金刚石包体X更线衍射研究[J]. 施倪承,白文吉,马喆生,方青松,熊明,颜秉刚,代明泉,杨经绥. 地质学报. 2002(04)
本文编号：3249228
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：134 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１?（１）为中科院武汉光电国家实验室的原子干涉仪设备；（２）为德国柏林洪??堡大学的原子干涉仪设备；（３）为法国巴黎天文台的原子干涉仪设备
第二章金刚石材料及内部色心??—１麵??動漏??图２．１?（１）传统珠宝装饰；（２）现代珠宝装饰，该钻戒为某品牌商用戒指；（３）??工业金刚石钻头；（４）工业级金刚石粉末。??从形成方式上，现有金刚石也分为天然的和人工合成的，从产能上看，天然??形成的较为稀少，人工合成的根据性质的不同，价格相差巨大。从物理科研工作??上说，主要都是采用人工合成的金刚石为主要研究对象。??从材料学角度，通常我们根据金刚石内部，杂质原子含量的高低可以对金刚??石进行分类，杂质原子含量的高低会影响甚至改变金刚石材料的多方面性质。其??中氮原子是金刚石材料中最常见的杂质，氮含量在２０？５００ｐｐｍ之间的金刚石材??料称为Ｉ型，其中根据所含氮原子的种类分为ｌａ型（含有双原子或多原子氮）和ｌｂ??型（含有单原子氮）。氮含量低于２０ｐｐｍ的材料称为ＩＩ型金刚石。在ＩＩ型金刚石中??硼原子含量较少的称为Ｉｌａ型金刚石，硼掺杂量较高的称为ｌｉｂ型金刚石。Ｉｌａ型金??刚石属于高纯度金刚石，天然含量极低，以人工合成为主要来源，紫外吸收边带??在５．５ｅＶ，红外吸收边带在０．５ｅＶ左右。本博士论文研宄领域内，主要以研究单??晶Ｉｌａ型金刚石为主。??１２??
第二章金刚石材料及内部色心??从而加速反应的进行［４］。??实验中需要设定微波辐射与谐振腔的耦合方式，根据样品的不同设计定制专??用的可平移，可旋转，冷却或加热的样品平台。通过功率的调节，在高功率下，??得到增长速率快有一定缺陷浓度的大块单晶样品，在低功率下，得到较为精确的??特定尺寸特定掺杂比例的单晶样品，设备实物图如图２．２所示。??＿??图２．２?（１）为实验中等离子体辅助ＣＶＤ生长设备的实物图；图（２）为同原理??设备内部样品安装位置的实物图［５］。??在博士期间的工作中除部分购买样品外，其余均来自于人工合成ＣＶＤ生长??得到，所使用的设备，型号为：ＳｅｋｉＣｏｒｐ．ＡＸ－５２５０Ｓ。在生长开始之前，首先需??要准备用于生长的基底样品，基底样品尺寸将决定化学气相沉积形成样品的大小，??在彻底清洁之后才用于生长，不然会造成单晶度下降，并且污染腔体等问题，其??次需要根据，预期设定样品中杂质的含量，通入特定比例的气体，我们往往通过??氮气的量来控制样品中的氮含量，根据之后的表征发现，这种方式估测的误差较??大，所以样品具体的杂质含量需要使用ＥＳＲ单独标定。??合成实验中，我们会根据不同的实验需求改变过程参数，在这里我以单批次??样品生长为例，该样品用于电子束辐照系列实验，详见第四章，本次生长的基底??样品是购买自Ｅｌｅｍｅｎｔ－６公司，尺寸约为３ｘ３ｘ〇．５?ｍｍ，金刚石类型为ｌｂ型商用??尚压局温（ＨＰＨＴ）合成，表面垂直单晶取向为（１００）晶向。在使用做基底生??长之前，为保证表面洁净度，需要先在２００°Ｃ的硫酸和硝酸（１：?２）混合物中加??热清洗１小时，然后用去离子水反复稀释，最后在丙酮和异丙醇溶液中，密闭
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于金刚石体系中氮-空位色心的固态量子传感[J]. 董杨,杜博,张少春,陈向东,孙方稳. 物理学报. 2018(16)
[2]金刚石氮空位中心自旋量子调控[J]. 刘刚钦,邢健,潘新宇. 物理学报. 2018(12)
[3]高温射频超导量子干涉器探头的研制[J]. 柯汉忠,刘祥文,严春杰,赵毅,陈晓东. 工程地球物理学报. 2015(06)
[4]西藏罗布莎铬铁矿床中的金刚石包体X更线衍射研究[J]. 施倪承,白文吉,马喆生,方青松,熊明,颜秉刚,代明泉,杨经绥. 地质学报. 2002(04)
本文编号：3249228
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/huaxuehuagong/3249228.html
