基于金刚石氮—空位色心的动力学拓扑量子模拟
发布时间：2020-12-13 14:50
量子模拟是用一个可控的量子体系来对目标量子体系进行模仿,从而研究其运行规律。因为利用经典计算机模拟量子系统是困难的,所以量子模拟是研究量子体系的一个重要的研究方法。很多可控的量子体系,如超冷原子、离子阱、超导电路、液体核磁和固态自旋体系等都可以作为量子模拟器,并在凝聚态物理、高能物理、原子物理、量子化学以及宇宙学等很多领域有很多潜在应用。本文主要讨论利用金刚石氮-空位色心体系来对拓扑物相进行模拟,并通过研究其非平庸的淬火动力学来研究其拓扑性质。首先介绍了金刚石NV色心的基本知识和实验技术,以及动力学拓扑相分类的一般理论。之后进入本文的主体部分,介绍我们在自主搭建的低温光探测磁共振平台上完成的一系列工作,主要包括以下三个方面:1.利用基于金刚石NV色心电子自旋的单比特体系,我们在动量空间中模拟了二维反常量子霍尔效应模型。首先我们在实验上展示了体内的非平庸拓扑与动量空间能带反转面上衍生的动力学自旋极化场的拓扑之间的关系,也就是动力学体面对应关系,以此进行拓扑相分类。接着我们进一步验证这种基于动力学的拓扑相分类方法的普适性:不仅不依赖具体的淬火过程,并且适用于更高的拓扑不变量。最后我们研究了...
【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
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 本文结构
第2章 金刚石NV色心体系
2.1 金刚石NV色心体系的性质
2.1.1 对称性匹配的波函数基矢
2.1.2 电子间库伦相互作用
2.1.3 自旋轨道相互作用
2.1.4 自旋自旋相互作用
2.1.5 电场、应力和应变
2.1.6 磁场和超精细耦合
2.1.7 光激发下的动力学过程
2.2 低温光探测磁共振实验平台
2.2.1 低温部分
2.2.2 光学部分
2.2.3 电子学部分
2.2.4 软件部分
2.3 金刚石NV色心实验技术
2.3.1 激发态能级的电场调控
2.3.2 电荷态的读出和调控
2.3.3 电子自旋态的Singleshot读出
第3章 动力学拓扑相分类
3.1 能带拓扑的表征
3.2 淬火动力学
3.3 动力学拓扑表征
第4章 二维陈绝缘体中的动力学体面对应关系
4.1 研究背景
4.2 用NV体系模拟二维陈绝缘体模型
4.2.1 二维量子反常霍尔模型
4.2.2 NV体系和两能带模型的对应
4.3 动力学体面对应关系的实验观测
4.3.1 探测能带反转面
z方向淬火观测QAH模型中的动力学体面对应关系"> 4.3.2 沿σz方向淬火观测QAH模型中的动力学体面对应关系
x方向淬火观测QAH模型中的动力学体面对应关系"> 4.3.3 沿σx方向淬火观测QAH模型中的动力学体面对应关系
4.3.4 高陈数下的动力学体面对应关系
4.4 退相干对实验结果的影响
4.5 小结
第5章 三维手性拓扑绝缘体的量子模拟
5.1 研究背景
5.1.1 三维手性拓扑绝缘体
5.2 用NV体系模拟三维手性拓扑绝缘体模型
5.2.1 淬火后动力学
5.2.2 深淬火和浅淬火
5.2.3 自旋极化的读出及其时间平均
5.3 动力学体面对应关系的实验观测
5.3.1 能带反转面的动力学探测
5.3.2 衍生动力学自旋极化场的探测
5.3.3 通过动力学体面对应关系表征拓扑相
5.3.4 三维手性拓扑相的对称保护
5.4 拓扑荷的实验观测
5.4.1 拓扑荷的动力学探测
5.4.2 衍生动力学拓扑转变
5.5 退相干对结果的影响
5.6 小结
第6章 朝向多比特量子模拟
6.1 弱耦合核自旋探测
6.2 核自旋辅助的Singleshot读出
6.3 基于自旋电荷转化的Singleshot读出
6.4 小结和展望
第7章 总结与展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]Dynamical classification of topological quantum phases[J]. Lin Zhang,Long Zhang,Sen Niu,Xiong-Jun Liu. Science Bulletin. 2018(21)
本文编号：2914721
【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
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 本文结构
第2章 金刚石NV色心体系
2.1 金刚石NV色心体系的性质
2.1.1 对称性匹配的波函数基矢
2.1.2 电子间库伦相互作用
2.1.3 自旋轨道相互作用
2.1.4 自旋自旋相互作用
2.1.5 电场、应力和应变
2.1.6 磁场和超精细耦合
2.1.7 光激发下的动力学过程
2.2 低温光探测磁共振实验平台
2.2.1 低温部分
2.2.2 光学部分
2.2.3 电子学部分
2.2.4 软件部分
2.3 金刚石NV色心实验技术
2.3.1 激发态能级的电场调控
2.3.2 电荷态的读出和调控
2.3.3 电子自旋态的Singleshot读出
第3章 动力学拓扑相分类
3.1 能带拓扑的表征
3.2 淬火动力学
3.3 动力学拓扑表征
第4章 二维陈绝缘体中的动力学体面对应关系
4.1 研究背景
4.2 用NV体系模拟二维陈绝缘体模型
4.2.1 二维量子反常霍尔模型
4.2.2 NV体系和两能带模型的对应
4.3 动力学体面对应关系的实验观测
4.3.1 探测能带反转面
z方向淬火观测QAH模型中的动力学体面对应关系"> 4.3.2 沿σz方向淬火观测QAH模型中的动力学体面对应关系
x方向淬火观测QAH模型中的动力学体面对应关系"> 4.3.3 沿σx方向淬火观测QAH模型中的动力学体面对应关系
4.3.4 高陈数下的动力学体面对应关系
4.4 退相干对实验结果的影响
4.5 小结
第5章 三维手性拓扑绝缘体的量子模拟
5.1 研究背景
5.1.1 三维手性拓扑绝缘体
5.2 用NV体系模拟三维手性拓扑绝缘体模型
5.2.1 淬火后动力学
5.2.2 深淬火和浅淬火
5.2.3 自旋极化的读出及其时间平均
5.3 动力学体面对应关系的实验观测
5.3.1 能带反转面的动力学探测
5.3.2 衍生动力学自旋极化场的探测
5.3.3 通过动力学体面对应关系表征拓扑相
5.3.4 三维手性拓扑相的对称保护
5.4 拓扑荷的实验观测
5.4.1 拓扑荷的动力学探测
5.4.2 衍生动力学拓扑转变
5.5 退相干对结果的影响
5.6 小结
第6章 朝向多比特量子模拟
6.1 弱耦合核自旋探测
6.2 核自旋辅助的Singleshot读出
6.3 基于自旋电荷转化的Singleshot读出
6.4 小结和展望
第7章 总结与展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的研究成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]Dynamical classification of topological quantum phases[J]. Lin Zhang,Long Zhang,Sen Niu,Xiong-Jun Liu. Science Bulletin. 2018(21)
本文编号：2914721
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/jckxbs/2914721.html
