金剛石中全同NV色心繫統的製備及旋轉幾何相位研究

《金剛石中全同NV色心繫統的製備及旋轉幾何相位研究》是依託華東師範大學，由李波擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：金剛石中全同NV色心繫統的製備及旋轉幾何相位研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：李波
• 依託單位：華東師範大學

項目摘要

量子幾何相位的研究是一個重要的科學問題。金剛石中的NV色心作為理想的固態自旋調控對象，理論上已經證明了其可以用於幾何相位的測量。但是受制於靈敏度的難以提高，目前在實驗上還未能成功觀察到該效應。而提高測量靈敏度的關鍵是必須獲得高密度的全同NV色心體系。本項目將圍繞該問題，擬通過離子注入、電子輻照和退火等方法來實現載流子摻雜和精密的價態控制；同時將發展一種正電子湮沒和光譜學相結合的方法來對缺陷進行準確的檢測；通過對不同製備條件下的缺陷性質進行檢測和分析，來研究金剛石中缺陷的產生、運動和複合等動力學行為，尋找實現高密度、全同NV色心的方法和條件。在此基礎上我們還將發展通過旋轉磁場的方法來實現幾何相位的測量。

結題摘要

金剛石中的NV色心作為室溫和零磁場下的量子比特，在量子計算、磁場測量和慣性導航等方面具有很大套用前景。製備高濃度的NV色心是其走向實際套用的第一步。本項目通過電子注入和退火技術在金剛石中產生NV色心，通過螢光特性來表征NV色性的濃度。通過大量系統的實驗，研究分析了NV色心形成的動力學，得到了NV色心濃度與退火溫度的玻爾茲曼模型，最終實現了NV色心濃度的可控制備。結果表明在800度下進行2小時退火可以製備出最大濃度的NV色心。對於製備好的樣品，在我們搭建的光探測磁共振（ODMR）系統上進行了ODMR光譜的測量。我們還將ODMR探測裝置和轉動系統相結合，並在該平台上測量了NV色心樣品在旋轉狀態下的ODMR光譜。結果發現ODMR信號隨著轉速的提高而展寬劈裂。通過Barnett效應分析了ODMR信號寬度和轉速的關係，在原理上驗證了NV色心實現慣性測量的可能性。