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高频率分辨的金刚石氮-空位色心宽频谱成像技术 被引量：1
1
作者 申圆圆 王博 +10 位作者 柯冬倩 郑斗斗 李中豪 温焕飞 郭浩 李鑫 唐军 马宗敏 李艳君 伊戈尔·费拉基米罗维奇·雅明斯基 刘俊 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期339-348,共10页
高分辨率宽频谱测量技术在天文学、无线通信、医学成像等领域具有重要应用价值.金刚石氮-空位(nitrogen-vacancy,NV)色心因其高稳定性、高灵敏度、实时监测、单点探测以及适用于长时间测量等特性已成为频谱分析仪备受关注的选择.目前,基... 高分辨率宽频谱测量技术在天文学、无线通信、医学成像等领域具有重要应用价值.金刚石氮-空位(nitrogen-vacancy,NV)色心因其高稳定性、高灵敏度、实时监测、单点探测以及适用于长时间测量等特性已成为频谱分析仪备受关注的选择.目前,基于NV色心作为探测器的宽频谱分析仪能够在几十GHz频带内进行实时频谱分析,然而其频率分辨率仅达到MHz水平.本文通过搭建结合连续外差技术的量子金刚石微波频谱成像系统,利用磁场梯度对NV色心谐振频率进行空间编码,成功获取了900 MHz—6.0 GHz范围内完整的频谱数据.在可测频谱范围内,系统进一步采用连续外差的方法,同时施加谐振微波和轻微失谐的辅助微波对NV色心进行有效激发,增强了NV磁强计对微弱微波信号的响应.该方法使系统在可测频谱范围内实现了1 Hz的频率分辨率,并能够对间隔为1 MHz扫频步进的多个频点的频率分辨率进行单独测量.以上研究结果表明基于NV色心的宽频谱测量可实现Hz级频率分辨,为未来的频谱分析和应用提供了有力的技术支持. 展开更多
关键词 氮-空位色心 宽频谱测量 高频率分辨率
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NV色心磁测量研究现状及发展趋势 被引量：4
2
作者 马宗敏 郭卫军 +4 位作者 郑斗斗 王军旗 柴笑晗 牛刘敏 秦丽 《微纳电子技术》 北大核心 2020年第9期754-762,共9页
综述了金刚石氮空位(NV)色心磁测量研究现状及发展趋势。对NV色心DC磁测量和AC磁测量主要方法进行了系统的对比分析,着重介绍了采用连续波光探测磁共振(CW-ODMR)方法检测DC磁场的发展趋势并分析其优势和不足之处,以及利用Spin Echo技术... 综述了金刚石氮空位(NV)色心磁测量研究现状及发展趋势。对NV色心DC磁测量和AC磁测量主要方法进行了系统的对比分析,着重介绍了采用连续波光探测磁共振(CW-ODMR)方法检测DC磁场的发展趋势并分析其优势和不足之处,以及利用Spin Echo技术对AC磁测量的分析研究。然后介绍了NV色心在集成NV色心磁力计、体细胞NV色心磁测量以及硬盘驱动器检测等方面的应用,指出未来NV色心磁测量主要向高灵敏度、小型化、集成化、便携化的方向发展。最后分析得出NV色心DC磁测量存在微波和激光功率导致ODMR线宽展宽,延长退相位时间是提高DC磁灵敏度最主要的手段。NV色心AC磁测量则对系统电噪声和磁噪声等环境因素要求较高,延长退相干时间是提高AC磁灵敏度的关键因素。 展开更多
关键词 金刚石 氮空位(NV)色心 AC磁测量 DC磁测量 连续波光探测磁共振(CW-ODMR) Spin Echo
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面向微集成的金刚石NV色心与微波天线的一体化 被引量：2
3
作者 袁华 马宗敏 +2 位作者 郑斗斗 王雪敏 柴笑晗 《微纳电子技术》 CAS 北大核心 2022年第2期151-155,168,共6页
针对金刚石氮空位(NV)色心量子传感器中微波天线体积大、无法与金刚石紧密接触造成天线与金刚石位置不固定、引起传感器灵敏度低的问题,设计了一种将微波天线集成到金刚石NV色心的一体化方法。采用导电性更强的金薄膜作为天线材料,通过... 针对金刚石氮空位(NV)色心量子传感器中微波天线体积大、无法与金刚石紧密接触造成天线与金刚石位置不固定、引起传感器灵敏度低的问题,设计了一种将微波天线集成到金刚石NV色心的一体化方法。采用导电性更强的金薄膜作为天线材料,通过高频结构模拟器(HFSS)仿真软件确定天线尺寸。利用微纳加工工艺和磁控溅射技术在金刚石NV色心表面制作了微波天线,实现了金刚石一体化微波天线。对金刚石一体化微波天线的仿真与实验数据进行对比分析。与传统微波天线相比,设计的天线体积缩小约50%,激发荧光效率和磁场灵敏度分别提升了约20倍和约10 nT/Hz^(1/2)。该方法结合3D打印技术可有望大幅缩小金刚石NV色心量子传感器的体积,对量子器件的微集成化发展具有重要意义。 展开更多
关键词 量子传感器 微波天线 氮空位(NV)色心 微纳加工工艺 微集成
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量子调控型NV色心系综磁强计灵敏度优化 被引量：2
4
作者 郭卫军 郑斗斗 +4 位作者 王军旗 柴笑晗 牛刘敏 秦丽 马宗敏 《微纳电子技术》 北大核心 2020年第1期54-58,79,共6页
氮空位(NV)色心是金刚石中固有的缺陷,具有纳米量级的空间分辨率和微特斯拉量级的磁灵敏度,可以实现高灵敏度与高空间分辨率的微弱磁检测。利用NV系综磁敏感单元,可以将固态电子自旋信号实时检测技术应用于NV磁强计。准确进行AC磁测量... 氮空位(NV)色心是金刚石中固有的缺陷,具有纳米量级的空间分辨率和微特斯拉量级的磁灵敏度,可以实现高灵敏度与高空间分辨率的微弱磁检测。利用NV系综磁敏感单元,可以将固态电子自旋信号实时检测技术应用于NV磁强计。准确进行AC磁测量是研究的关键。利用NV色心电子自旋进行量子调控,通过光探测磁共振(ODMR)测试确定共振频率,二能级Rabi振荡测试确定Rabi频率以及退相干时间测试确定横向弛豫时间。由于自旋回波存在相位积累,导致荧光布局数发生改变。最后利用量子相位随荧光布局数的关系计算出最大AC磁场灵敏度约为0.8 pT/■。 展开更多
关键词 金刚石 NV色心 AC磁测量 光探测磁共振(ODMR)测试 RABI振荡 退相干时间
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基于金刚石系综NV色心的温度磁传感特性 被引量：1
5
作者 柴笑晗 王军旗 +4 位作者 傅月平 牛刘敏 郑斗斗 袁华 马宗敏 《微纳电子技术》 CAS 北大核心 2021年第7期641-645,共5页
基于金刚石系综氮空位(NV)色心量子传感技术,搭建了高精度量子传感温度测量实验平台,探究了金刚石NV色心温度传感特性。通过测试不同温度下的光探测磁共振(ODMR)信号,验证了NV色心的零场劈裂参数(D)会随着温度(T)变化这一结论,即随着温... 基于金刚石系综氮空位(NV)色心量子传感技术,搭建了高精度量子传感温度测量实验平台,探究了金刚石NV色心温度传感特性。通过测试不同温度下的光探测磁共振(ODMR)信号,验证了NV色心的零场劈裂参数(D)会随着温度(T)变化这一结论,即随着温度的升高,ODMR信号整体往左漂移。测得在293~343 K内,D与T呈线性关系,且斜率为-62.4 kHz/K。本实验不仅为高灵敏度和高空间分辨率的纳米尺度温度场测量提供了方法,也对NV色心温度传感器的设计和NV色心量子精密测量提供了技术支持。 展开更多
关键词 金刚石 氮空位(NV)色心 温度传感器 光探测磁共振(ODMR) 温度磁传感
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NV色心磁强计研究进展及应用
6
作者 郑斗斗 郭浩 +3 位作者 李中豪 马宗敏 唐军 刘俊 《导航与控制》 2022年第5期139-161,共23页
基于金刚石氮空位(Nitrogen Vacancy,NV)色心的量子传感技术具有高灵敏度、高分辨率、全固态等优势,近年来引起了众多传感器研究机构的广泛关注。就NV色心在量子传感中的磁测量展开论述,首先介绍了NV色心的基本结构与磁测量原理,着重分... 基于金刚石氮空位(Nitrogen Vacancy,NV)色心的量子传感技术具有高灵敏度、高分辨率、全固态等优势,近年来引起了众多传感器研究机构的广泛关注。就NV色心在量子传感中的磁测量展开论述,首先介绍了NV色心的基本结构与磁测量原理,着重分析了微波天线、荧光高效收集、高灵敏磁测量方法以及集成磁强计设计等关键技术的最新研究进展,并针对当前存在的技术难题提出了技术发展方向。此外,还总结归纳了近些年NV磁强计在地磁探测、无损检测、生物医疗等领域的初步实际应用情况。 展开更多
关键词 NV色心 微波天线 荧光收集 集成磁强计 应用
原文传递
面向芯片级NV色心量子传感器的微波天线关键技术 被引量：1
7
作者 马宗敏 柴笑晗 +5 位作者 王军旗 傅月平 牛刘敏 郭卫军 郑斗斗 秦丽 《半导体技术》 CAS 北大核心 2020年第12期905-915,923,共12页
金刚石氮空位(NV)色心量子传感器相较其他量子传感器在灵敏度、集成难易度、工作适应性等方面具有优势,正在成为研究热点。在集成NV色心量子传感器研制过程中发现,微波场驱动NV色心能级间的电子跃迁,对光探测磁共振、拉比振荡、拉姆齐... 金刚石氮空位(NV)色心量子传感器相较其他量子传感器在灵敏度、集成难易度、工作适应性等方面具有优势,正在成为研究热点。在集成NV色心量子传感器研制过程中发现,微波场驱动NV色心能级间的电子跃迁,对光探测磁共振、拉比振荡、拉姆齐序列、自旋回波、退相干时间等参数均有影响,从而进一步影响到传感器的灵敏度。因此设计能产生均匀磁场且转化效率高的微纳工艺近场天线对提高集成NV色心传感器的性能极其重要。重点阐述了NV色心自旋调控天线原理及工艺特点,对现有的多种天线做了介绍,并对基于CMOS工艺的集成化微波芯片做了重点介绍;从天线结构、性能等方面对微带线、共面波导、微纳天线等进行了分析;结合微波天线的发展趋势,对芯片级固态量子传感器进行了介绍。 展开更多
关键词 氮空位(NV)色心 量子传感器 近场辐射 微波天线 芯片级 CMOS工艺
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基于金刚石NV色心系综磁强计相干布局振荡研究 被引量：1
8
作者 王军旗 牛刘敏 +4 位作者 柴笑晗 傅月平 郭卫军 郑斗斗 马宗敏 《量子光学学报》 北大核心 2021年第1期81-86,共6页
本文介绍了我们通过利用两路微波共同作用下来进行NV色心的量子调控,实验结果出现"烧孔"现象并降低线宽,与此同时得到直流磁噪声灵敏度。在连续波实验条件下,两路微波都调谐到NV色心系综基态3A2之间的共振频率,一路泵浦微波(P... 本文介绍了我们通过利用两路微波共同作用下来进行NV色心的量子调控,实验结果出现"烧孔"现象并降低线宽,与此同时得到直流磁噪声灵敏度。在连续波实验条件下,两路微波都调谐到NV色心系综基态3A2之间的共振频率,一路泵浦微波(Pump)设定为给定的频率(ms=0?ms=±1),一路探测微波(Probe)设定为扫频。在本次实验中我们关注的是两个微波场在NV基态之间跃迁相同的情况(ms=0?ms=+1)。在这种方法下,观察到的光谱表现出一个复杂的窄线宽结构,当探测微波功率一定时,泵浦微波功率越低,线宽越窄。当泵浦微波功率不变,改变微波频率时,烧孔一直出现在改变的微波频率处,最后我们对信号进行了调制解调,由于NV色心系综磁检测的灵敏度与解调曲线的最大斜率成反比,发现相干布局现象的调制斜率提高了20%,进一步提高了直流散粒噪声灵敏度。 展开更多
关键词 NV系综 光探测磁共振 量子测量 相干布局振荡 量子调控
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