微波場作用的固態(tài)自旋系綜操控關鍵技術研究.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的相干時間、固態(tài)易集成等優(yōu)勢受到越來越多的關注。金剛石氮空位色心可以在激光作用下進行初始化和讀出，可以通過微波作用對其自旋態(tài)進行操控，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)實現(xiàn)了對磁場、溫度、電場、角速率的物理量的測量。相比于單NV色心，系綜NV色心可以激發(fā)出較強的熒光，熒光收集方法簡單，熒光收集率高，是未來量子傳感實用化的

2、必然趨勢。
　　系綜NV色心容易與復雜環(huán)境進行耦合而導致相干性快速消失，這使得對自旋的測量和操控難度加大，因此在自旋態(tài)操控時要求有輻射性能更好的微波場和精度更高的時序控制?；诖吮疚倪M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NV色心自旋的作用，得到了微波功率與共振信號的關系，同時對自旋態(tài)操控理論進行了研究。
　　第二，為了提高天線近場輻射性能，設計了新型的微波輻射天線，并對天線結(jié)構進行了優(yōu)化，通過

3、HFSS仿真、近場測試及共振信號測試對傳統(tǒng)銅絲天線和新型微帶天線的輻射性能進行了對比，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，開發(fā)了系綜NV色心高精度時序操控軟件系統(tǒng)，通過上位機軟件實現(xiàn)了整個系統(tǒng)的自動化控制。系統(tǒng)可以通過任意編碼輸出高精度脈沖組合調(diào)控時序，實現(xiàn)了對微波、激光等的控制，同時軟件具有熒光信號采集功能。
　　本研究為實現(xiàn)利用微波操控系綜NV色心自旋態(tài)奠定了基礎，促進了基于NV色心的