金刚石表面处理对浅层NV中心自旋相干性影响
发布时间：2020-12-03 10:50
近几年,随着硬件系统在技术上的不断突破,计算机技术的发展日新月异。如今的社会,人们对于计算机的计算能力以及对数据的处理能力的要求越来越高,而经典计算机在这两方面已经逐渐到达了瓶颈,于是物理学家、数学家们开始探索“非经典”方法来试图解决这个问题。因此,量子信息科学逐渐成为了研究的热点。量子信息科学是使用量子力学的方法来处理信息的科学。准确来说,其是一门交叉科学,涉及到包含量子物理学等的多门学科。随着量子信息科学的发展,量子计算机的概念也被人们提出,这就涉及到量子元件,也就是硬件的支持,于是固态量子体系便成为了重要的研究方向。金刚石NV中心是一种非常有潜力的固态量子体系。它是一种金刚石中替位氮（N）原子和最近邻位的碳空位（V）组成的复合结构,属于一种缺陷。其具有许多优异的特点,比如良好的生物兼容性,光学稳定性,室温下有很长的弛豫时间和相干时间等,在多方面领域,尤其是量子精密测量与量子计算方面,被广泛地应用。不同于其他固态量子体系需要诸如低温、光学束缚等各种实验条件的限制,金刚石NV中心体系可以在室温下进行各种自旋态也就是量子态的操控,很长的相干时间也给多次操作和长时操作提供了可能。因此,金...
【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】：114 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１不同种类的金刚石
可表示为丨１＞，它与丨〇＞态之间的能级频率差为２．８７ＧＨｚ，处于微波频率??波段，这个特征性的能级频率差也可以用来辅助确认ＮＶ中心。而激发态之间的??能级差为微波频率的１．４ＧＨｚ。我们再来看ＮＶ中心的光跃迁自旋能级（如图１．３??（ｂ）所示）。图中左边代表了自旋ｍｓ＝０态，右边代表了自旋ｍｓ＝±ｌ态，整个图??中其中虚线代表了弱跃迁或禁戒跃迁，而实线则代表了强电偶极跃迁；１＾和１＾??分别表不了?ｍｓ＝±ｌ态驰豫到中间态和中同态哀减到ｍｓ＝０态的速率。激光极化??ＮＶ中心自旋态的过程也就是将ｍｓ＝０态和ｍｓ＝±ｌ态的电子激发到其对应的声??子边带然后再通过直接衰减或经过无辐射跃迁的方式回到０态的过程。该过程??中，本来ｍｓ＝０态的电子最后仍然会回到ｍｓ＝０态，而本来ｍｓ＝±ｌ态的电子一??部分回到１１＾＝±１态，一部分跃迁到１１１５＝０态，所以当该过程反复后，ｍｓ＝０态??的荧光强度要比ｍｓ＝：ｔｌ态的大很多，便达到了极化的目的。不过１００％的极化??率几乎不可能达到，因此这里存在一个极化操作保真度的问题，会影响到金刚石??ＮＶ中心体系作为实际应用器件的优劣。??另外，根据金刚石样品很小体积范围内所包含的ＮＶ中心的数目，可以将??ＮＶ中心进行分类。只含有一个ＮＶ中心
上一小节说到ＮＶ中心有ＮＶ０和ＮＶ＿两种常见电荷态，而二者的零声子线??（ＺＰＬ）分别位于５７５ｎｍ?（２．１５６ｅＶ）和６３７ｎｍ（１．９４５ｅＶ）。在ＮＶ中心的相关实??验里，我们选取的激发光的波长为５３２ｎｍ。如图１．４?（ａ）所示为单个ＮＶ中心处??于室温条件下的ＮＶ０和ＮＶ－的发光光谱图。我们从图中可以发现，ＮＶ〇的声子??边带可以延拓至７５０?ｎｍ，而其零声子线则处于５７５?ｎｍ；而ＮＶ－的声子边带可以??延拓至８００?ｎｍ，其零声子线位于６３７?ｎｍ处。可见，室温下，不同电荷态的＞＾＞／??中心的声子边带都会很宽，造成了其Ｄｅｂｙｅ－Ｗａｌｌｅｒ?（ＤＷ）因子会变得非常小，只??有０．０４左右［１８】。而图１．４?（ｂ）中，室温条件下的单个ＮＶ中心发光光谱同时表??现出了明显的ＮＶ０和ＮＶ－的零声子线，这说明了?ＮＶ中心的两种不同电荷态是??同时存在的［２４，２Ｓ’２９］。这一特点在系综ＮＶ中心样品的室温发光光谱图中也表现??了出来。不仅如此
【参考文献】：
期刊论文
[1]“钻石钥匙”开启单分子磁共振研究之门[J]. 张琪,石发展,杜江峰. 物理. 2015(09)
[2]量子通信现状与展望[J]. 吴华,王向斌,潘建伟. 中国科学:信息科学. 2014(03)
[3]基于室温单自旋磁共振技术的量子精密测量[J]. 张琪,王鹏飞,石发展,杜江峰. 中国科学:信息科学. 2014(03)
[4]量子信息技术纵览[J]. 周正威,陈巍,孙方稳,项国勇,李传锋. 科学通报. 2012(17)
[5]量子计算的研究进展[J]. 周正威,黄运锋,张永生,郭光灿. 物理学进展. 2005(04)
[6]量子通信与量子计算[J]. 苏晓琴,郭光灿. 量子电子学报. 2004(06)
[7]量子计算的物理实现[J]. 薛飞,杜江峰,周先意,韩荣典. 物理. 2004(10)
博士论文
[1]金刚石NV色心的制备、相干性与温度探测研究[D]. 王俊峰.中国科学技术大学 2016
[2]纳米金刚石中NV色心的制备与量子调控研究[D]. 宋学瑞.中国科学技术大学 2014
本文编号：2896298
【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】：114 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１不同种类的金刚石
可表示为丨１＞，它与丨〇＞态之间的能级频率差为２．８７ＧＨｚ，处于微波频率??波段，这个特征性的能级频率差也可以用来辅助确认ＮＶ中心。而激发态之间的??能级差为微波频率的１．４ＧＨｚ。我们再来看ＮＶ中心的光跃迁自旋能级（如图１．３??（ｂ）所示）。图中左边代表了自旋ｍｓ＝０态，右边代表了自旋ｍｓ＝±ｌ态，整个图??中其中虚线代表了弱跃迁或禁戒跃迁，而实线则代表了强电偶极跃迁；１＾和１＾??分别表不了?ｍｓ＝±ｌ态驰豫到中间态和中同态哀减到ｍｓ＝０态的速率。激光极化??ＮＶ中心自旋态的过程也就是将ｍｓ＝０态和ｍｓ＝±ｌ态的电子激发到其对应的声??子边带然后再通过直接衰减或经过无辐射跃迁的方式回到０态的过程。该过程??中，本来ｍｓ＝０态的电子最后仍然会回到ｍｓ＝０态，而本来ｍｓ＝±ｌ态的电子一??部分回到１１＾＝±１态，一部分跃迁到１１１５＝０态，所以当该过程反复后，ｍｓ＝０态??的荧光强度要比ｍｓ＝：ｔｌ态的大很多，便达到了极化的目的。不过１００％的极化??率几乎不可能达到，因此这里存在一个极化操作保真度的问题，会影响到金刚石??ＮＶ中心体系作为实际应用器件的优劣。??另外，根据金刚石样品很小体积范围内所包含的ＮＶ中心的数目，可以将??ＮＶ中心进行分类。只含有一个ＮＶ中心
上一小节说到ＮＶ中心有ＮＶ０和ＮＶ＿两种常见电荷态，而二者的零声子线??（ＺＰＬ）分别位于５７５ｎｍ?（２．１５６ｅＶ）和６３７ｎｍ（１．９４５ｅＶ）。在ＮＶ中心的相关实??验里，我们选取的激发光的波长为５３２ｎｍ。如图１．４?（ａ）所示为单个ＮＶ中心处??于室温条件下的ＮＶ０和ＮＶ－的发光光谱图。我们从图中可以发现，ＮＶ〇的声子??边带可以延拓至７５０?ｎｍ，而其零声子线则处于５７５?ｎｍ；而ＮＶ－的声子边带可以??延拓至８００?ｎｍ，其零声子线位于６３７?ｎｍ处。可见，室温下，不同电荷态的＞＾＞／??中心的声子边带都会很宽，造成了其Ｄｅｂｙｅ－Ｗａｌｌｅｒ?（ＤＷ）因子会变得非常小，只??有０．０４左右［１８】。而图１．４?（ｂ）中，室温条件下的单个ＮＶ中心发光光谱同时表??现出了明显的ＮＶ０和ＮＶ－的零声子线，这说明了?ＮＶ中心的两种不同电荷态是??同时存在的［２４，２Ｓ’２９］。这一特点在系综ＮＶ中心样品的室温发光光谱图中也表现??了出来。不仅如此
【参考文献】：
期刊论文
[1]“钻石钥匙”开启单分子磁共振研究之门[J]. 张琪,石发展,杜江峰. 物理. 2015(09)
[2]量子通信现状与展望[J]. 吴华,王向斌,潘建伟. 中国科学:信息科学. 2014(03)
[3]基于室温单自旋磁共振技术的量子精密测量[J]. 张琪,王鹏飞,石发展,杜江峰. 中国科学:信息科学. 2014(03)
[4]量子信息技术纵览[J]. 周正威,陈巍,孙方稳,项国勇,李传锋. 科学通报. 2012(17)
[5]量子计算的研究进展[J]. 周正威,黄运锋,张永生,郭光灿. 物理学进展. 2005(04)
[6]量子通信与量子计算[J]. 苏晓琴,郭光灿. 量子电子学报. 2004(06)
[7]量子计算的物理实现[J]. 薛飞,杜江峰,周先意,韩荣典. 物理. 2004(10)
博士论文
[1]金刚石NV色心的制备、相干性与温度探测研究[D]. 王俊峰.中国科学技术大学 2016
[2]纳米金刚石中NV色心的制备与量子调控研究[D]. 宋学瑞.中国科学技术大学 2014
本文编号：2896298
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