DB34T4550-2023固态自旋量子磁力测量技术性能表征

ICS33.100.01CCSICS33.100.01CCSL06安 徽 省 地 方 标 准DB34/T4550—2023固态自旋量子磁力测量技术性能表征Characterizationofsolidstatespinquantummagneticmeasurementtechnology20232023100720231107安徽省市场监督管理局发布前 言本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由安徽省国盛量子科技有限公司提出。本文件由安徽省市场监督管理局归口。本文件起草单位：安徽省国盛量子科技有限公司、中国科学技术大学。固态自旋量子磁力测量技术性能表征范围本文件界定了固态自旋量子磁力测量技术的性能表征，涵盖基于此技术的固态自旋量子磁力测量装置（以下简称“量子磁力测量装置”）的性能表征、表征值的测试方法。本文件适用于基于固态自旋量子磁力测量技术的磁场测量。规范性引用文件本文件没有规范性引用文件。术语和定义下列术语和定义适用于本文件。性能表征 performancecharacterization量子测量 quantummeasurement利用量子相干、量子压缩、量子纠缠等特性开展的高精度测量活动。固态自旋 solidstate量子测量 quantummeasurement利用量子相干、量子压缩、量子纠缠等特性开展的高精度测量活动。固态自旋 solidstatespin固态材料中的电子自旋和原子核自旋。磁场频率 magneticfieldfrequency检测到的被测磁场周期性变化次数。带宽 bandwidth量子磁力测量装置进行磁场测量时的频率响应范围。4概述与原理概述固态自旋测量系统中的原子或者电子呈现稳定的能级系统，利用激光或者射频能够对其进行稳定激发与操控，是常见的一种量子系统。原理固态自旋量子磁力测量技术以固态自旋测量系统中电子自旋在外磁场作用下的塞曼劈裂为原理，固态自旋量子磁力测量技术可以实现高空间分辨率、高灵敏度、高带宽的磁场测量。固态自旋量子磁力测量技术原理如图1所示。图1固态自旋量子磁力测量技术原理注：图中“1”和“2”分别代表两种量子自旋态。在零磁场下，两种量子自旋态处于简并状态；在非零磁场下，两种量子自旋态发生塞曼劈裂。5指标要求固态自旋量子磁力测量技术指标要求见表1。表1固态自旋量子磁力测量技术原理序号指标范围要求单位1动态范围≤2×10-2T2灵敏度≤5×10-9T/√Hz3线性偏差0.001％-0.1％/4带宽DC-104Hz6测试环境6测试环境测试环境配置6.1.1测试配置1×10-10T测试配置见图2。图2固态自旋量子磁力测量装置性能测试配置6.1.2磁屏蔽装置磁屏蔽装置采用磁屏蔽技术对外界磁场实施屏蔽，产生的磁场强度近似为零的空间。1×10-81×10-113×10-10T/h。高精密可调电流源高精密可调电流源场的驱动电流，最大输出电流不小于1A，10-6，支持多量程电流输出。磁场线圈2.5×10-2T1/5。标准磁力仪标准磁力仪其允许误差不超过待测量子磁力测量装置最大允许误差绝对值的1/3，在一年内的误差改变量不超过其最大允许误差。恒温、恒湿、恒压环境要求温度的波动的均方根不超过1×10-2K，湿度变化不超过1％，压强变化不超过1％。7检测方法动态范围7.1.1测试内容利用高精密可调电流源及磁场线圈产生待测磁场，通过量子磁力测量装置对该待测磁场进行测量，记录量子磁力测量装置测量输出数据，绘制动态范围响应曲线，得出动态范围。测试配置测试配置如图2接高精密可调电流源与磁场线圈，通过控制高精密可调电流源驱动线圈调节磁场。连接量子磁力测量装置上位机与主机，通过上位机记录量子磁力测量装置输出结果。测试步骤力仪，标定待测磁场，校正量子磁力测量装置参数。录测量输出结果。7.1.3.2子磁力测量装置无响应。临界点，得出动态范围。灵敏度测试内容利用高精密可调电流源及磁场线圈产生均匀待测磁场，通过量子磁力测量装置对该待测磁场进行测量，记录量子磁力测量装置测量输出数据，绘制功率谱密度曲线，得出灵敏度。测试配置测试配置如图2接高精密可调电流源与磁场线圈，通过控制高精密可调电流源驱动线圈调节磁场。连接量子磁力测量装置上位机与主机，通过上位机记录量子磁力测量装置输出结果。测试步骤力仪，标定待测磁场，校正量子磁力测量装置参数，设定量子磁力测量装置采样率和采集时间。控制高精密可调电流源，驱动磁场线圈产生均匀交变磁场，磁场大小按式（1）计算：B=Bmsin(2πft) (1)式中：B——为产生磁场大小，单位为特斯拉（T）；Bm——为磁场幅度，单位为特斯拉（T）；f——为磁场频率，单位为赫兹（Hz）；t——为时间，单位为秒（s）。录一组测量数据。fBx，得到校正系数，校正系数按式（2）计算：α=Bx (2)Bm式中：α——为校正系数；Bx——为量子磁力测量装置测量的磁场幅值，单位为特斯拉（T）；Bm——为线圈产生的磁场幅值，单位为特斯拉（T）。间后，记录一组测量数据。估计和校正系数，得出灵敏度。线性偏差测试内容利用高精密可调电流源及磁场线圈产生待测磁场，通过量子磁力测量装置对该待测磁场进行测量，对量子磁力测量装置测量输出信号进行计算，得出线性偏差。测试配置测试配置如图2接高精密可调电流源与磁场线圈，通过控制高精密可调电流源驱动线圈调节磁场。连接量子磁力测量装置上位机与主机，通过上位机记录量子磁力测量装置输出结果。测试步骤置参数，设定量子磁力测量装置采样率和采集时间。磁力测量装置的输出数据。递增磁场达到最小值，完成递减磁场测量，记录量子磁力测量装置的输出数据。7.3.3.27.3.3.3根据量子磁力测量装置的输出数据，进行拟合，绘制拟合曲线，得出线性偏差。带宽测试内容利用高精密可调电流源及磁场线圈产生均匀待测磁场，通过量子磁力测量装置对该待测磁场进行测量，量子磁力计测量输出信号进行数据处理，得出带宽。测试配置测试配置如图2接高精密可调电流源与磁场线圈，通过控制高精密可调电流源驱动线圈调节磁场。连接量子磁