基于金刚石NV色心的电流传感器仿真

NV色心是金刚石中的一种点缺陷，可以用于高精度磁场测量。文章探讨将NV系综作为磁传感器来测量电流的可行性，并对电流强度、NV色心荧光强度与偏共振的关系进行建模仿真，分析传感器放置距离、激光、微波功率、金刚石NV色心浓度等对传感器性能的影响，从而为金刚石NV色心电流传感器的设计与研制奠定了理论基础。     

铬原子束激光感生荧光强度的理论和实验

采用铬原子束激光感生荧光激光稳频技术解决铬原子光刻实验中激光频率随时间漂移的问题.从理论和实验两个方面对铬原子束激光感生荧光强度随激光功率和坩埚温度的变化情况进行了研究.结果显示,在坩埚温度一定的情况下,由于铬原子的饱和效应,当激光功率增大到6 mW左右时,荧光斑点的中心强度会达到饱和然后随激光功率的增加变化不大.另外,随着激光功率的增加,荧光斑点轮廓曲线的半高宽在变大的同时,对比度减小.在激光功率一定的情况下,由于铬原子喷射的个数与坩埚温度成正比,荧光斑点的中心强度随坩埚温度的增加而增加,并且不出现饱和效应;随着坩埚温度的升高,荧光斑点轮廓曲线的半高宽基本不变,而对比度增大.这些变化趋势和理论结果符合地很好.     

基于量子调控高灵敏度双量子金刚石磁力计（英文）

高保真度量子比特控制对基于金刚石氮-空位磁力计实现起着十分重要的作用。但是，氮-空位色心的非平庸自旋-自旋相互作用常常导致能级劈裂，进而降低探测信号的对比度，最终导致磁力传感新能变坏。本文提出微波幅度调制的技术克服这一限制，允许实现探测信号对比度100%恢复。与传统磁力探测结果相比，双量子冉塞协议直流磁场探测信号对比度在实验上提高3倍。该方法可以直接推广到基于氮-空位色心温度、应力、电场传感，以及其他自旋-自旋耦合导致能级劈裂的体系。     

基于系综金刚石氮空位色心量子调控系统设计

为了实现量子的自旋调控和精密测量,将金刚石作为自旋载体材料,设计了基于系综金刚石氮空位（Nitrogen-vacancy, NV）色心量子调控系统。通过利用金刚石独特的自旋三重态容易被初始化,操控和读出,基于LabVIEW软件,设计编写了脉冲序列发生模块并搭建了共聚焦系统,调控了系综NV色心的自旋量子态。结果表明：该系统可以调控系综NV色心的自旋量子态;实现了NV色心拉比振荡实验的测量;拉比振荡周期为100ns。可见该系统结构设计简单,为下一步延长退相干时间,提高系统灵敏度打下基础。     

基于系综金刚石氮空位的色心量子调控系统设计

为了实现量子的自旋调控和精密测量,将金刚石作为自旋载体材料,设计了基于系综金刚石氮空位(nitrogen-vacancy,NV)色心量子调控系统。通过利用金刚石独特的自旋三重态容易被初始化、操控和读出,基于Lab VIEW软件,设计编写了脉冲序列发生模块并搭建了共聚焦系统,调控了系综NV色心的自旋量子态。结果表明:该系统可以调控系综NV色心的自旋量子态;实现了NV色心拉比振荡实验的测量;拉比振荡周期为100 ns。可见该系统结构设计简单,为下一步延长退相干时间,提高系统灵敏度打下基础。     

同轴微波共振探针诊断大气压等离子体射流的仿真

介绍了一种用于诊断大气压等离子体射流的同轴微波共振探针,利用微波传输线理论分析了探针共振谱与等离子体参数之间的关系.通过仿真模拟得知,探针的共振频率不受等离子体参数的影响,其共振频率与在空气中的共振频率一致;共振半高宽与等离子体的电子密度成正比,与电子温度成反比.根据分析与模拟结果,获得了一种诊断大气压等离子体射流的方法,研究同时表明,探针材料的电导率是产生误差的重要原因.     

激光诱导黄铜中Zn等离子体光谱的时间演化特性

在常温常压下, 利用自建的激光诱导击穿光谱（LIBS）实验装置获得纳秒激光诱导黄铜等离子体光谱, 研究发射光谱中Zn等离子体光谱在增强型光电耦合器件（ICCD）门延迟为150~3 000 ns时的演化规律, 并利用Stark展宽系数及能级跃迁参数计算等离子体的电子温度和电子密度随ICCD门延迟的演化规律. 实验结果表明: 当ICCD门延迟为150~500 ns时, 初始阶段光谱呈较强的连续谱, 随着ICCD门延迟的增大, 在连续谱上逐渐凸显Zn原子的线状特征谱线, 特征谱线强度在ICCD门延迟为500 ns时达最大; 继续增大ICCD门延迟, 谱线强度逐渐减小, 当ICCD门延迟为3 000 ns时, 等离子体的特征谱线信号基本消失; 谱线强度和电子温度随ICCD门延迟的变化一致, 电子密度和ZnⅠ(481.0 nm)谱线的半高宽随ICCD的变化接近指数拟合.     

激光诱导黄铜中Zn等离子体光谱的时间演化特性

在常温常压下, 利用自建的激光诱导击穿光谱（LIBS）实验装置获得纳秒激光诱导黄铜等离子体光谱, 研究发射光谱中Zn等离子体光谱在增强型光电耦合器件（ICCD）门延迟为150~3 000 ns时的演化规律, 并利用Stark展宽系数及能级跃迁参数计算等离子体的电子温度和电子密度随ICCD门延迟的演化规律. 实验结果表明: 当ICCD门延迟为150~500 ns时, 初始阶段光谱呈较强的连续谱, 随着ICCD门延迟的增大, 在连续谱上逐渐凸显Zn原子的线状特征谱线, 特征谱线强度在ICCD门延迟为500 ns时达最大; 继续增大ICCD门延迟, 谱线强度逐渐减小, 当ICCD门延迟为3 000 ns时, 等离子体的特征谱线信号基本消失; 谱线强度和电子温度随ICCD门延迟的变化一致, 电子密度和ZnⅠ(481.0 nm)谱线的半高宽随ICCD的变化接近指数拟合.     

金刚石NV色心间基于电偶极耦合的快速受控非门（英文）

提出了一种在金刚石中两个临近氮-空位色心(nitrogen-vacancy color center,简称NV色心)之间施加受控非门(C-NOT gate)的新方案.在该方案中,临近NV色心间的强电偶极耦合将导致态依赖的能级移动,从而施加可控的激光共振激发可以实现快速受控相位门(C-phase gate),结合单比特操作,可以快速实现C-NOT门.在两个相邻10 nm的NV色心之间,C-NOT门操作时间最快可达120 ns,比传统磁偶极方式快了2个量级.为了降低激发态自发辐射的影响,提出利用非共振腔抑制自发辐射.模拟结果显示C-phase门操控保真度可以达到98.88%.最后,将该方案扩展到一维NV色心自旋链.     

掺杂碱卤晶体中的类F2^＋型色心

类F_2~+型色心激光是当前及今后色心激光发展的主要研究对象。本文综合评述了类F_2~+型色心的研究发展概况·从材料物理化学和缺陷化学的角度出发,系统探讨了F_2~+心的形成机理、不稳定的主要原因和提高稳定性的途径;本所近10年来运用缺陷物理化学的观点和方法,系统进行类F_2~+型色心研究的结果,并对类F_2~+型色心的发展提出了看法。     

Optimizing ultrasensitive single electron magnetometer based on nitrogen-vacancy center in diamond

The measurement of the weak magnetic field in nanoscale resolution and at room temperature is always a significant topic in biological, physical, and material science. Such detection can be used to decide the characterization of the samples, such as cells, materials, and so on. Nitrogen-vacancy (NV) center in diamond has been proved to be able to detect a magnetic field with nano Tesla sensitivity and nanometer resolution at room temperature. Here we experimentally demonstrate an optimized NV center based single electron magnetometer in a commercial diamond and under a home-built optically detected magnetic resonance (ODMR) microscope. With current technology, we change the optically detected time window to get a better signal to noise ratio, and use dynamical decoupling to increase the slope of magnetic field amplitude versus fluorescence signal. By employing the 8-pulse XY-4 dynamical decoupling sequence we achieve a sensitivity of 18.9 nT (Hz)(1/2) , which is 1.7 times better than spin echo. We also propose a NV center based scanning diamond microscope for electron and nuclear spins detection as well as nanoscale magnetic resonance imaging. If it is realized, the NV center based magnetometry will have wide application in the future.     

原子自旋共振磁测系统的微波传输优化仿真

对单个电子自旋的研究和控制对于原子陀螺有着极其巨大的潜在应用和科学意义,而氮空位中心(Nitrogen-Vacancy center)作为一个稳定的电子自旋控制体系正在成为一个研究热点。在利用NV中心进行原子陀螺的控制中,微波的传输对于原子陀螺灵敏度具有重要的影响作用。而基于NV中心的原子陀螺系统中高效率的微波照射机构是非常重要的一项。在本文中,我们通过对微波照射机构进行设计,而后利用Comsol软件对微波在SMA探头中的衰减进行仿真,得到了最优化的实验条件,这为后续提高基于NV中心进行原子陀螺的灵敏度奠定了基础。这将对基于NV中心进行原子陀螺系统的开发、磁信息检测具有重要的作用。     

High-sensitivity double-quantum magnetometry in diamond via quantum control

High-fidelity quantum operation of qubits plays an important role in magnetometry based on nitrogen-vacancy (NV) centers in diamonds. However, the nontrivial spin-spin coupling of the NV center decreases signal contrast and sensitivity. Here, we overcome this limitation by exploiting the amplitude modulation of microwaves, which allows us to perfectly detect magnetic signals at low fields. Compared with the traditional double-quantum sensing protocol, the full contrast of the detection signal was recovered, and the sensitivity was enhanced three times in the experiment. Our method is applicable to a wide range of sensing tasks, such as temperature, strain, and electric field.     

化学气相沉积金刚石窗的热和电磁性能分析

CVD金刚石窗的好坏对ECRH系统稳定安全运行有直接的影响。在CVD金刚石窗通过HE11模式的情况下，以CVD金刚石为传输线的微波窗片的材料，利用热力学有限元分析软件对输出窗进行了稳态热流固耦合分析和结构静力学分析，得到了最佳的冷却水流速，使CVD金刚石窗片中心温度和热应力最小；得到半径为38mm，厚度为1.36mm 的CVD金刚石窗片，能承受的最大连续波功率为1MW左右。然后利用自由空间法测得CVD金刚石窗的介电性能，在中心频点为140GHz时有较好的介电参数。为ECRH系统CVD金刚石窗高功率测试提供了可靠的理论依据。     

微波功率对光学级金刚石膜生长的影响

采用微波PCVD系统进行了高品质透明金刚石膜的制备,在金刚石膜的沉积过程中,微波功率的变化直接影响着金刚石膜的生长和质量。用Raman,SEM等手段对金刚石膜的生长特性进行了表征。     

高层钢框架预应力索支撑结构脉动风模拟AR模型参数分析

 以高层钢框架预应力索支撑结构为例,研究了应用AR 模型进行脉动风模拟时,模型的2 个关键参数--时间步长、时域点数的取值对模拟结果的影响。在讨论基于AR 模型的脉动风模拟方法的基础上,利用有限元软件Sap2000 建立结构模型,利用Matlab 编制AR 算法程序,分别选用不同的时间步长、时域点数对结构进行脉动风速时程分析,将生成的脉动风速功率谱曲线与目标谱进行对比,根据曲线吻合情况确定参数的合理取值范围。结果表明,时间步长的取值对AR 模型模拟结果有较大影响,其最优值域为0.10~0.18 s,超出这一范围均会导致功率谱曲线与目标谱偏离,降低模拟精度;时域点数对AR 模型模拟精度的影响较小,可根据工程需要选择时域点数。     

Coherent coupling of a superconducting flux qubit to an electron spin ensemble in diamond

During the past decade, research into superconducting quantum bits (qubits) based on Josephson junctions has made rapid progress. Many foundational experiments have been performed, and superconducting qubits are now considered one of the most promising systems for quantum information processing. However, the experimentally reported coherence times are likely to be insufficient for future large-scale quantum computation. A natural solution to this problem is a dedicated engineered quantum memory based on atomic and molecular systems. The question of whether coherent quantum coupling is possible between such natural systems and a single macroscopic artificial atom has attracted considerable attention since the first demonstration of macroscopic quantum coherence in Josephson junction circuits. Here we report evidence of coherent strong coupling between a single macroscopic superconducting artificial atom (a flux qubit) and an ensemble of electron spins in the form of nitrogen-vacancy colour centres in diamond. Furthermore, we have observed coherent exchange of a single quantum of energy between a flux qubit and a macroscopic ensemble consisting of about 3?×?10(7) such colour centres. This provides a foundation for future quantum memories and hybrid devices coupling microwave and optical systems.     

激光功率对6061-T6铝合金激光填丝焊接头组织及性能的影响

采用激光填丝焊将厚度为2 mm和3 mm的6061-T6铝合金板材进行搭接叠焊,研究激光功率对接头成形质量的影响,分析了接头的显微组织和力学性能。结果表明,增大激光功率可以有效增加热输入量,焊道逐渐宽化,焊缝熔深增加。进一步分析发现,焊缝中心区和热影响区的析出相均为Mg₂Si。硬度试验结果表明,焊缝中心区由于细小等轴晶和析出相的双重作用,硬度远高于母材区与热影响区的。拉伸试验结果表明,接头的抗拉强度随激光功率的增大而升高,激光功率由2.0 kW升高至2.8 kW,抗拉强度升高约39%。