（凝聚态物理专业论文）金刚石中的氮空位中心单电子自旋的量子调控.pdf

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s t a t es y s t e mi s s e r i o u s l ya f f e c t e db yt h es u r r o u n d i n ge n v i r o n m e n t , t h e d e c o h e r e n c eo ft h eq u a n t u ms t a t e sb e c o m e sm o r ed i f f i c u l t s c i e n t i s t sh a v e n tf i n da e f f e c t i v ep h y s i c a ls y s t e mf o rq u a n t u mc o m p u t a t i o n ，s o m ep r o g r a m sh a v e b e e n p r o p o s e ds u c ha sn i t r o g e n - v a c a n c yc e n t e ri nd i a m o n d ，t h en u c l e u sc a v i t yi n t e r a c t i o n ， c o l dt r a pc o n t r o li o n , e l e c t r o no rn u c l e a rs p i nr e s o n a n c e ，q u a n t u md o tm a n i p u l a t i o n ， s u p e r - g u i d eq u a n t u mi n t e r f e r e n c e ，e t c a m o n gt h e s es y s t e m s ，d i a m o n dw a sp r o m i s e d ag o o dc a n d i d a t eo fs p i nc a r r i e r s n i t r o g e n v a c a n c yc e n t e ri nd i a m o n dc o n s i s t so fa s u b s t i t u t i o n a ln i t r o g e na t o mn e x t t oav a c a n c y , t h en e g a t i v ec h a r g e ds t a t eo fn vc e n t e ri sag o o ds i n g l ep h o t o ns o u r c e ， w h i c hh a sas p i nt r i p l e tg r o u n ds t a t ew i t haz e r o f i e l ds p l i c i n g2 8 7 g h zb e t w e e nt h e s b u l e v e l sw i t hs p i nzc o m p o n e n t sm s = oa n dm s - - - 1 b e c a u s eo fas i n g l e tm e t a s t a b l e s t a t eb e t w e e nt h ee x c i t e ds t a t ea n dt h eg r o u n ds t a t e ，t h et r a n s i t i o n sa r ed i f f e r e n tf o r g r o u n ds t a t em s = oa n dm s = 1 ，a sar e s u l t ，t h es p i ns t a t ec a nb eo p t i c a l l yi n i t i a l i z e dt o m s = 0 ，m a n i p u l a t e db ym i c r o w a v er a d i a t i o na n dr e a do u tb yt h ef l u o r e s c e n c ei n t e n s i t y t h em o s tc a r b o na t o m sa r e1 2 c ，w h i c hc a l ln o ta f f e c tt h ee l e c t r o ns p i no ft h en v i i i 塑塑 c e n t e rw i t han u c i e a r s p i no fz e r o g e n e r a l l y , t h el i f e t i m eo fa ne l e c t r o ns p i ni ss e v e r a l m l c r o s e c o n d s r e c e n t l y , l u k i ng r o u po fh a r v a r dd i s c o v e r e dt h a ti ft h e r ei sa 1 3 ca t o m 韵u n dt h en v c e n t e r , t h es p i ns t a t ec a l lt r a n s f e rt o t h e 加c l e a rs p i no f1 3 c ，a n d t r a n s f e rb a c kt ot h ee l e c t r o n s p i na f t e rs e v e r a l m i l l i s e c o n d s ，w h i c hm a k e st h e d e c o h e r e n c et i m eo f h es y s t e me x t e n dt oa m a g n i t u d eo fm i l l i s e c o n d sa n dt a k e sa b i g s t e pf o r w a r di nt h ea p p l i c a t i o no fn v c e n t e r 。 眠b u l l tal a s e rc o n f o c a ls y s t e mt o o b s e r v et h ef l u o r e s c e n c eo fn v c e n t e ra , c o n t r o 儿a b l e 蛐c r o w a v er a d i a t i o nt o m a n i p u l a t et h ee l e c 仃d ns p i n n eq u a n t 啪 m a n i p u l a t l o no ft h ee l e c t r o ns p i ni sr e a l i z e da tr o o mt e 】 n p e r a t u r e w bo b s e r v et h e e l e c t r o ns p mr e s o n a n c e ，h y p e r f m e s t r u c t u r e ，r a b io s c i l l a t i o n ，s p i ne c h o ，r 黝s e v 衔n g e s0 ft h en vc e n t e r t h er e l a t i o n s h i po ft h e s ee f f e c ta g a i n s tt h e1 a s e rp o w m l c r o w a v e p o w e r ，m i c r o w a v e 仔e q u e n c y ， e x t e r n a l m a g n e t i cf i e l da r es t u d i e d e s p e c l a l l y ，t h ei n f l u e n c eo ft h eh o s tn i t r o g e nn u c l e a rs p i nt o 吼s e y 筋n g e so f t h e e i e c t r ms p l ni s s t u d i e d an e wm o d e lw h i c h i si ng r e a ta g r e e m e n t 谢t l lt h e e x p e n m e n t1 sp r o m i s e da n dt h ep h a s e c o m p o n e n to fi th a si t so w n p h y s i c a lm e a n i n g s 1n e s es t u d i e so ft h ee l e c t r o ns p i no fn v c e n t e ra tr o o mt e m p e r a t u r e a r ei m p o n a n tf o r t h er e a l i z a t i o no f q u a n t u mi n f o r m a t i o na n dq u a n t u mc o m p u t a t i o n k e yw o r d s ：m t r o g e n 。v a c a n c yc e n t e r , s i n g l ee l e c t r o n s p i n ，q u a l l t 呦m a n i p u l a t i o n q u a n t u mc o m p u t e r i v 目录 目录 摘要i a b s t r a c t 。i i i 第一章引言1 第一节n v 的几何结构1 第二节n v 色心的电子结构。1 第三节n v 色心的能级结构。2 第四节n v 色心的荧光光谱3 第五节n v 色心的辨认4 第六节n v 色心的其他性质5 1 6 1n v 色心的各向异性。5 1 6 2n v 色心随极化激光场的偏振方向的变化6 第七节n v 色心的一些应用。6 第二章实验系统介绍8 第一节激光共聚焦扫描系统8 第二节实验装置简介9 第三节实验硬件控制系统1 7 第四节实验软件系统1 7 第五节含有n v 色心的金刚石制备1 8 第三章二能级系统的拉比振荡、光子回声以及拉姆齐干涉2 0 第一节瞬态相干作用的麦克斯韦一布洛赫方程2 0 第二节拉比振荡2 l 第三节光子回声2 4 v 4 4 2 固定t = t ，同时改变4 2 4 4 3 _ 【c 随激光功率变化研究4 4 4 4 4 不同n 色心的自旋同声4 4 第五节n v 色心的拉姆齐干涉( r a m s e yf r i n g e s ) 4 5 4 5 1n v 色心的拉姆齐干涉4 5 4 5 2n v 色心的拉姆齐干涉的解释和拟合4 6 4 5 3 不同失谐量f 的拉姆齐干涉4 7 4 5 4 不同拉比周期下的拉姆齐干涉5 l 第五章总结和展望5 3 参考文献5 4 v i 篡一肿蟑呻坤卦篡拦黛肺 鹕躺粥驸 瓣 舻秽牲螂们螂鹕们们心“ v i i 图1 1n v 色心的几何结构 图1 2n v 色心的对称性 显然，其具有c 3 v 的对称性，图1 2 中可以看出n v 色心具有丝3 的旋转不 变性。文献【2 】中有对n v 色心详细的群论能级分析。 第二节n v 色心的电子结构 第一章引言 尽管一直以来，很多人对n v 色心的电子结构做了研究，甚至依据第一性原 理，但仍没有一种解释得到统一的认可f 3 a , 5 】。实验上，人们发现，类似 n i t r o g e n v a c a n c yc e n t e r 的结构有两种存在形式，分别依据不同的带电荷状态， 分为n v o 和n v 。他们的零声子线( z p l ) 分别为5 7 5 n m 【6 j 和6 3 7 n m 【刀，如图 1 3 。我们这里研究的n v 色心是第二种，n v ，也是金刚石中主要存在的一种 色心【8 1 。 如图1 3n v o 和n v l 的荧光光谱【6 l 很多实验都表明了n v 色心电子结构的一些性质。例如，单轴应力测量【9 j 确 认了其具有c 3 ，的对称性，由a 能级到e 能级偶极跃迁的零声子线；烧孔实验 ( h o l e b u r n i n g ) 1 1 0 1 ，电子自旋共振( e l e c t r o ns p i nr e s o n a n c e ) 1 1 , 1 2 】，光探测磁共 振( o p t i c a l l yd e t e c t e dm a g n e t i cr e s o n a n c e ) 1 3 j ，拉曼外差测量( r s j n a nh e t e r o d y n e ) 【1 4 】等都表明了n v 色心的自旋基态是一个三重态，这个三重态是由于自身的自旋 自旋耦合形成的，对应一个s z 态( m s = 0 ) 和一个二重态s 。和s y ( m s = 1 ) 。 两个能级的零磁场劈裂对应的跃迁频率是2 8 7 g h z 。 对n v 色心的电子结构，有很多种解释【1 5 。9 1 。其中，比较成功的是6 电子模 型( s i xe l e c t r o nm o d e l ) 2 0 , 2 n 。主要思想是：n v 色心中包含有6 个电子，一个额 外捕获的电子，n 自身的处于2 p 轨道的5 个电子。其中两个电子处于2 s 层，两 个2 p 层，还有两个电子，其自旋方向都朝上( 或朝下) 和自旋方向一个朝上一 个朝下，使得基态n v 分裂成两个能级。若将一个n v 色心看做一个原子，其6 个电子的特征如同单个电子的自旋特征，s z 和s x ( 或s y ) 对应单个电子自旋朝 上和自旋朝下。 第三节n v 色心的能级结构 简易的能级如图1 4 所示，基态三重态3 a 劈裂为m 。= 0 和m s = 1 ，能级间距 2 第一章引言 为2 8 7 g h z ，激发态3 e 由复杂的能级构成【2 2 乏7 1 ，3 a 到3 e 的能级间距对应零声子 线6 3 7 n m ，其中有一个亚稳单态1 a l ，它的存在对n v 色心发荧光的特性有很大 影响【1 9 j 。实际上，由于自旋基态自然劈裂成两个能级，这就构成了一个典型的 量子比特。 ，= = = = j ，- _ _ _ i i - _ _ 3 1 - - - - - - - r7 - - - - - - - 一1 一、一、= = = ，a l 乏乏：重i 图1 4 n v 色心的能级结构 第四节n v 色心的荧光光谱 n v 色心有典型的光致发光的特性。低温下( t = 9k ) 人们测量了含有n v 色 心的金刚石在6 3 7n n l 处有一个很尖锐的峰【2 , 2 8 】，如图1 5 所示，这个峰就是前 面提到的零声子线。而在室温下，峰值会削弱，但也可以明显看到这个零声子线。 n v 色心的自然寿命大约是1 2 n s 2 9 j ，使得辐射荧光的线宽大约是1 5 m h z 。室温 观测到的线宽要比1 5 m h z 大三到四倍。n v 色心荧光的光谱范围一般在 6 5 0 8 5 0 n m 。 w a v e l e n g t h ( n m ) 图1 5 低温下n v 色心的荧光光谱 2 1 图1 6 单个n v 色心的主要跃迁机理 若初始时刻电子处于自旋为m 。= 0 态时，其跃迁如绿色线所示，其自发辐 射跃迁回基态如红色线所示，并放出一个光子； 若初始时刻电子处于自旋为m s = 4 - 1 态时，其跃迁过程与m 。- 0 很不相同，同 样是被激发到激发态( 绿色线) ，将驰豫到亚稳单态1 a l ( 青绿色线) ，然后 经过一个无辐射跃迁的过程回到自旋为m 。= o 的基态( 蓝色线) 。 这种性质具有很重要的意义。第一，若经过足够长时间的激光激发，无论电 子初始处于m 。= 0 还是m s _ l ，我们都能使电子初始化到为m s = 0 的自旋基态， 这对应着实现量子计算机中的量子比特极化的过程：第二，我们可以根据荧光的 多少来确认初始状态电子在自旋基态的几率，也即是能够读出初始态，对应实现 量子计算机中的量子比特读出过程。因为m 。= o 初始态激发后发荧光，而m 。= l 初始态激发后不发荧光。实际上，激光的激发并不能使m 。：0 上的几率达到1 0 0 ， 但可以达到8 0 以上【2 8 , 3 0 , 3 1 】，但荧光的明显减少，我们还是可以用来标志单电子 自旋的自旋态。 第五节n v 色心的辨认 金刚石中有大约1 0 0 多种色心，也有很多色心发荧光，例如镍空位色心等。 要确认一个色心是单个n v 色心，一般分两步。 4 第一章引言 首先，对这个色心做量子二次相关系数测量。因为单个的n v 色心是很好的 单光子源( 这也是做量子计算机中做量子密钥的必要条件) 3 2 - 3 5 】，所以单个n v 色心一次只发出一个光子。量子二次相关系数测量( s e c o n do r d e rp h o t o n c o r r e l a t i o nf u n c t i o n ) ( 即g 心( t ) ) ，一般是将收集到的光子分成两路( 可以使用 一个5 0 5 0 的分束镜或者一根一分二的光纤) ，分别接入到两个单光子计数器中， 其中一路使用一个时间延长器，测量两路光强相关系数与延迟时间t 的函数。用 数学表述如下：g ( 2 ( r ) ：掣，其中，( r ) 为有时间延迟的光强，( o ) 为无 l 时间延迟的光强。在理想情况下，t = 0 时，对于单光子源有g 心( o ) = 0 ，而经典 光源一般有g 但( 0 ) l ，双光子源则有g 2 ( 0 ) = o 5 。所以，一般只要g 心( 0 ) o 5 即 可以认为是单光子源【3 6 j 。 其次，对这个色心做电子自旋共振谱( e l e c t r o ns p i nr e s o n a n c e ) ，如果这个 色心的e s r 谱中，在微波频率为2 8 7 g h z 时有一个明显的谷，在加一定磁场后， 由于z e e m a n 效应，m 。= 1 劈裂为两个能级，那么e s r 谱就会有两个谷，而且 两个谷的位置分布对2 8 7 g h z 对称排列。 如果对于单个色心，有9 2 ( 0 ) 0 5 并且有2 8 7 g h z 的e s r 谱，我们可以断定 这个色心就是n v 色心1 3 刀。 第六节n v 色心的其他性质 1 6 1n v 色心的各向异性 蓄 _ 耋 j 图1 7n v 色心的各向异性导致的荧光光强随外加磁场大小的变化【3 8 j 由于其特殊的对称性，n v 色心能表现出强烈的各向异性。加州大学的 d d a w s c h a l o m d 、组2 0 0 5 年在n a t u r ep h y s i c s 上发表的一篇文章中指出，在磁场沿 着n v 色心的晶体 111 方向附近时，保持大小不变但角度变化，或者磁场大小变 第一章引言 化角度不变，收集到的荧光强度会有较大的差别【3 引。 1 6 2n v 色心随极化激光场的偏振方向的变化 n v 色心的对激发光的偏振也有不同的响应，线偏振方向在3 6 0 。内旋转时， 荧光光强也随之变化1 3 8 】。我们在实验中也观察到了这一变化。而且，不同的n v 色心对偏振方向的响应也是不尽相同的。例如图1 8 中，n v l 和n v 3 在偏振角度 为0 时分别在荧光最强点和最弱点。也有人报道在低温下极化激光场的偏振对n v 色心荧光强度的影响，强弱对比可以达到3 倍的变化【3 9 】。也有人研究在圆偏振下 的荧光变化以及电子自旋共振的不同，左旋光和右旋光以及线偏振光有不同的结 果【4 0 】。 图1 8n v 色心随极化激光场的偏振方向的变化1 3 8 1 第七节n v 色心的一些应用 n v 色心最重大的应用在量子计算领域。由于n v 色心的基态三重态可以组 成一个很好的量子比特，这个量子比特可以简单地通过光激发初始化，也可以读 出量子态，而且可以使用微波来调控量子态。如果周围有其他核自旋，还可以与 之耦合构成量子寄存器或者进行简易的量子逻辑运算【4 2 出】。由于核自旋具有 较长的退相干时间，达到几百微秒】，而且核自旋还可以通过外加磁场极化， 极化率可以达到9 8 4 5 , 4 6 】，使得n v 色心在实现量子计算机的征途上比其他系统 有更多的优势。 由于n v 色心对磁场有很好的响应，而且其大小是原子量级，所以我们用它 来作原子尺度的磁场探测器【4 6 5 4 】。如果将n v 色心集成到扫描隧道显微镜( s t m ) 的针尖上，我们就可以在扫描样品形貌图的同时，得到其磁场分布图。d d a w s c h a l o m 教授利用几个n v 色心的组合，在室温下，实际测得了外加低于 5 0 g a u s s 下的磁场分布图p5 。 6 第一章引言 n v 色心在生物学上的应用。由于n v 色心的荧光对生物细胞及组织有相当 好的穿透力，适用于活体生物投影。台湾的中央研究所下属原子与分子研究所使 用荧光显微镜，成功追踪了一个3 5 n m 荧光纳米金刚石颗粒在活细胞中的三维运 动行为【5 6 1 ，该结果表发在2 0 0 8 年的n a t u r e 杂志上。 如果将n v 色心集成到o p a l 光子晶体中，如果光子晶体的光禁带覆盖了n v 色心的荧光谱，就可以得到调制后的n v 色心的发射光谱，与此同时，n v 色心 的荧光寿命增加了3 0 。n v 色心在光子晶体中应用使得人们可以控制一个单光 子源的荧光属性【5 7 , 5 8 j 。 7 细胞形态的变化，成为形态学，分子生物学，神经科学，药理学，遗传学等领域 中新一代强有力的研究工具。图2 1 是一个典型显微镜原理图( 引自n i k o n 中国 主页) 。蓝色激光通过照明小孔后，经双色镜反射，物镜聚焦到样品上，荧光由 同一物镜收集，通过双色镜后，被探测小孔后的探测器接受并成像。 f o c a lp l a n e l a s e r a | o b j e c t i 。v e _ l e n s 峄1瞄：| j ”峄 对；户一r 图2 1 激光共聚焦系统 传统的光学显微镜使用的是场光源，样品上每一点的图像都会受到邻近点的 衍射或散射光的干扰；激光扫描共聚焦显微镜利用激光束经照明针孔形成点光源 对样品内焦平面上的每一点扫描，样品上的被照射点的发光才在探测针孔处成 像，由探测针孔后的光点倍增管( p m t ) 或冷电耦器件( c c d ) 接收，迅速扫 描荧光图像。照明针孔与探测针孔相对于物镜焦平面是共轭的，如图2 2 ，焦平 面上的点同时聚焦于照明针孔和发射针孔，焦平面以外的点所发出的光线在出射 小孔平面是离焦的，绝大部分无法通过中心的小孔。因此，焦平面上的观察目标 点呈现亮色，而非观察点则作为背景呈现黑色，反差增加，图像清晰。在成像过 程中，出射d , t l i 拘位置始终与显微物镜的焦点( f o c a lp o i n t ) 是一一对应的关系，因 而被称为共聚焦( c o n f o c a l ) 显微技术。 8 第二章实验系统介绍 f o c a lp l a n e l e n s p i n h o l e 图2 2 共聚焦系统原理光路图 第二节实验装置简介 为实现对n v 色心的量子调控，我们搭建了一套共聚焦探测系统。该系统的 分辨率达到了光学分辨极限，约为5 0 0n m 。如下图所示： 图2 3 激光共聚焦荧光探测系统 固体激光器发出5 3 2n l i l 的线偏振高斯光束，经过准直后，聚焦到声光调制 器( a o m ) 上，再经过小孔滤波，入射到双色镜( d i c h r o i cb s ) 上，由于特殊的 镀膜，5 3 2n m 绿光基本反射，经过个扫描振镜后，用一个数值孔径很高的物 镜聚焦到金刚石样品上，物镜被固定在一个压电陶瓷( p z t ) 上以控制物镜进退。 同时，n v 色心所发出的荧光也由同一物镜收集，同样，经过扫描振镜，由于n v 9 第二章实验系统介绍 色心的荧光波长在6 5 0 8 5 0n n l ，经过双色镜时几乎全部通过。一个滤波片用来 滤掉少量的5 3 2f i r e 绿光，经过一个光纤耦合器，将自由空间里的荧光耦合到单 光子计数器( s p d ) 上。其中，微波天线是一根2 0um 铜线紧贴在样品表面，一 个永磁体固定在一个旋转台和三维平移台的组合体上。 下面分布介绍各个组成部分： ( 1 ) 激光器 我们使用的是购自c o h e r e n t 公司的5 3 2n n l 半导体激光器，型号c o m p a s s3 1 5 ， 激光功率为1 0 0m w ，其功率极其稳定，波动约为0 2 5 。因为n v 色心的荧光强 度极其依赖于激发光功率，激光器的稳定很好的降低了整个系统的信噪比。进入 声光调制器前，已经经过了光斑准直和小孔滤波，以及线偏振方向的调整。 ( 2 ) 声光调制器 声光调制技术拥有高的光强调制频率，与电光调制相比有更高的消光比( 一 般大于1 0 0 0 ：1 ) ，更低的驱动功率，优良的温度稳定性和好的光斑质量，使得 在光学实验中使用广泛。我们使用的是购自g o o c h 的m 2 5 0 - 2 c e s l ( 上升沿为1 0 n s ，调制频率为2 5 0m h z ，调制带宽5 0m h z ，理论衍射效率大于8 5 ) 。 声光调制器一般由声光介质和压电换能器构成，当驱动源以某种特定的载波 频率驱动换能器时，换能器即产生同一频率的超声波并传入声光介质( 一般用 t e o ：) ，形成驻波时在介质内形成稳定的折射率不均匀分布，相当于一个光学的 “相位光栅”。由于声速仅为光速的数十万分之一，所以对光波来说，运动的“声 光栅”可以看作是静止的。光束通过介质时即会在光的传播方向上发生衍射，从 而起到光开关的作用。 声波 图2 4 声光调制器原理 当光以布拉格角s i n o = 去入射时，发生布拉格衍射a 如图2 4 ，零级衍射 1 0 第二章实验系统介绍 厶：c o s z ( 单) 光和一级衍射光光强可以表示为：z ，其中厶为入射光光强， = s i n s ( 华) l 瓴为介质折射率变化的幅值，是声光作用长度( 即是换能器的长度) 。由声波 场可以计算出衍射效率 仉= = s i l l s i 篙后鸩只i ，其中m z = 筹称为声光 材料的品质因子，是由介质本身性质所决定的量。力为未加超声场时的折射率， 只为声波功率，尸为光弹系数，p 为密度。为换能器的宽度， 口。为声速。 实际使用声光调制器时要注意三点：一是声束发散角和光束发散角的比例， 一般控制在1 5 左右，我们的实验中，声光调制器前聚焦透镜的焦距为7 5 硼： 二是注意a o m 作为光开关的时间延迟，其原因是因为声波传播整个晶体长度形成 驻波需要时间，一般在1 ts 量级，这个时间长度与上升沿无关，上升沿指的是从 光开启到光关闭的上升时间，而形成驻波的时间是从t t l 信号送入到光开启的时 间。对于一般的实验这个延迟时间可以忽略，但我们对单电子自旋调控时，一般 都在n s 量级，所以必须得考虑这个延迟：三是某些声光调制器对入射光的偏振 方向有要求，使用前需将高斯光束调整至特殊的偏振状态。m 2 5 0 2 c e s l 要求入 射光偏振方向垂直于晶体底面，我们可以使用1 2 玻片以及检偏器的组合来实现 任意偏振方向的线偏振入射高斯光束。 ( 3 ) 高倍油镜，p z t 以及扫描振镜 我们选用的高倍物镜购自c o h e r e n t 公司，使用时在物镜和样品间滴一滴香 柏油，由于油的高折射率( 相对于折射率为l 的空气) ，使得物镜的数值孔径( n a ) 高达1 3 ( 一般物镜n a 1 ) ，能够最大限度得收集n v 色心发出的荧光。我们做 了一个对比，与一个o l y m p u s 的普通物镜相比，油镜收集到的光子数增大3 4 倍。物镜固定在一个装有压电陶瓷驱动器( p z t ) 的二维光学调整架上，然后整 个固定在一个三维平移台上，这样物镜有两个自由度的偏角调整，三个自由度的 手动平移调整和一个自由度的电动精细调整。振镜( o s c i l l a t i n gm i r r o r ) 是由 一面镜子及一个驱动检流计组成，是一个闭环系统，能够很精确地调整偏转角度。 而沿光束方向上移动的p z t 是一个开环系统，可能导致移动不精确，所以需要时 常调节使光斑刚好聚焦到n v 色心上。 ( 4 ) 样品以及样品架设 氮含量极低的i i a 样品( 约为l p p m ) 购自日本的s u m i t o m oe l e c t r i c 公司，长 宽高尺寸为1 4 1 4 1 0m m ，抛光面为( 0 0 1 ) 面，这使得我们的n v 色心处在 一个较纯的自旋环境中，也有少数几个小组使用ib 型来获得复杂的“自旋海洋” 第二章实验系统介绍 ( s p i nb a t h ) 4 3 ，制。 我们设计了一套固定样品的样品架( 如图2 5 ) ，均使用s o l i d w o r k s 软件制 作，右侧为左图中的放大部分，用来固定细小的金刚石样品，整个架设中考虑到 了样品表面与样品架表面平行、固定紧密、装卸磁场探头、点焊天线等问题，装 卸样品都很方便。 图2 5 样品【司定支架设计 其中，将2 0um 铜线固定在一端样品架，另一端使用一个一维平移台来控制 铜线与n v 色心间的距离。并且考虑了h a l l 探头尽可能的贴近n v 色心。理论上， 我们的h a l l 探头距离n v 色心的距离约为2m m ，使得磁场探测误差约为5 。整 个样品架装在一个光学二维调整架上，然后固定到一个三维平移台上，购自美国 n e wf o c u s 的三维平移台能够精确地保证移动单个方向时其他两个方向移动位 移大约在纳米量级。 ( 5 ) 微