基于金刚石色心的交变磁场精密测量

发布时间：2020-08-07 22:25

【摘要】：精密测量是物理学中的一个重要研究方向,将某个物理量测量测准不仅具有工程上的意义(如航空航天、基建等),更有助于人们发现新物理。因为在更微观的尺度内往往蕴含着新的物理现象。随着量子力学的发展,人们可以借助各种量子效应,使探测结果达到更高的测量精度,即量子精密测量。它使测量结果不仅接近标准量子极限,还进一步逼近海森堡量子极限。金刚石氮空位(NV色心)是一个具有各种优良性质的固态单自旋量子体系,借助NV色心我们不仅可以实现量子计算、量子模拟还可以进行各种量子精密测量的实验。因为我们在室温大气条件下,就能用激光初始化和读出NV电子的自旋状态。同时,我们还能用微波和射频来操控NV中电子或者核的量子态。更重要的是,NV色心体系的哈密顿量对温度、电场、磁场以及自旋耦合都有可观测的物理效应。得益于逐渐成熟的操控技术和量子精密测量方法,我们可以用NV色心对多种物理量进行量子精密测量。本论文主要研究了基于NV色心的量子精密测量,提出了一种通过测量BS(Bloch-Siegert)平移效来同时测准未知交变磁场幅度和频率的方法。该方法和以往的方法相比测量条件温和,精度、带宽和空间分辨率均较高。本文还基于NV色心体系,用自由感应衰减的方法测量该体系中氮原子与电子的超精细耦合常数及氮原子的核四极矩。自由感应衰减的精度是标准量子极限,也是目前测量频率最准的方法。通过本实验,我们发现文献中有关NV体系中电子和氮核的旋磁比已经无法满足当前所用方法的精度要求,即我们可以用自由感应衰减的方法,进一步修正更多NV体系中的物理常数,有助于人们对NV色心体系更深入地了解。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O413.1
【图文】：

经典费舍尔信息和量子费舍尔信息的关系

图２．１黑色部分表示碳原子，紫色部分表示氮原子，灰色部分表示空位

图２．２左图为ＮＶ色心的能级结构示意图，其中绿色的带箭头的实线表示的是激发光（绿逡逑光），红色的带箭头的实线表示的是发出的荧光（红光）

【参考文献】

相关博士学位论文 前2条

1 石发展;基于金刚石室温固态单自旋体系的微观磁共振实验研究[D];中国科学技术大学;2013年

2 王亚;固态量子计算中动力学解耦方法抑制退相干的实验研究[D];中国科学技术大学;2012年

本文编号：2784606