微波場(chǎng)作用的固態(tài)自旋系綜操控關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、作為一種新型的量子系統(tǒng)，金剛石氮空位(Nitrogen-vacancy，NV)色心憑借其在室溫下較長(zhǎng)的相干時(shí)間、固態(tài)易集成等優(yōu)勢(shì)受到越來(lái)越多的關(guān)注。金剛石氮空位色心可以在激光作用下進(jìn)行初始化和讀出，可以通過(guò)微波作用對(duì)其自旋態(tài)進(jìn)行操控，被視為最有希望的自旋載體材料之一。利用單NV色心已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)磁場(chǎng)、溫度、電場(chǎng)、角速率的物理量的測(cè)量。相比于單NV色心，系綜NV色心可以激發(fā)出較強(qiáng)的熒光，熒光收集方法簡(jiǎn)單，熒光收集率高，是未來(lái)量子傳感實(shí)用化的

2、必然趨勢(shì)。
　　系綜NV色心容易與復(fù)雜環(huán)境進(jìn)行耦合而導(dǎo)致相干性快速消失，這使得對(duì)自旋的測(cè)量和操控難度加大，因此在自旋態(tài)操控時(shí)要求有輻射性能更好的微波場(chǎng)和精度更高的時(shí)序控制?；诖吮疚倪M(jìn)行了以下研究:
　　第一，從理論上研究了NV色心的性質(zhì)及微波對(duì)NV色心自旋的作用，得到了微波功率與共振信號(hào)的關(guān)系，同時(shí)對(duì)自旋態(tài)操控理論進(jìn)行了研究。
　　第二，為了提高天線近場(chǎng)輻射性能，設(shè)計(jì)了新型的微波輻射天線，并對(duì)天線結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，通過(guò)

3、HFSS仿真、近場(chǎng)測(cè)試及共振信號(hào)測(cè)試對(duì)傳統(tǒng)銅絲天線和新型微帶天線的輻射性能進(jìn)行了對(duì)比，證明了微帶天線在系綜金剛石NV色心自旋態(tài)操控研究中的優(yōu)越性。
　　第三，開(kāi)發(fā)了系綜NV色心高精度時(shí)序操控軟件系統(tǒng)，通過(guò)上位機(jī)軟件實(shí)現(xiàn)了整個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化控制。系統(tǒng)可以通過(guò)任意編碼輸出高精度脈沖組合調(diào)控時(shí)序，實(shí)現(xiàn)了對(duì)微波、激光等的控制，同時(shí)軟件具有熒光信號(hào)采集功能。
　　本研究為實(shí)現(xiàn)利用微波操控系綜NV色心自旋態(tài)奠定了基礎(chǔ)，促進(jìn)了基于NV色心的