基于金剛石nv-14耦合自旋體系的原子鐘實(shí)現(xiàn)方法及裝置

基于金剛石nv-14耦合自旋體系的原子鐘實(shí)現(xiàn)方法及裝置基于金剛石NV-14(NitrogenVacancycenterindiamond)耦合自旋體系的原子鐘是一種利用金剛石中的色心自旋進(jìn)行時(shí)間測(cè)量的精密儀器。該方法已經(jīng)成為目前發(fā)展最快的原子鐘技術(shù)之一，具有較高的穩(wěn)定性和精確性。下面將介紹基于金剛石NV-14耦合自旋體系的原子鐘的實(shí)現(xiàn)方法及裝置。

1.原理

金剛石NV-14自旋體系利用金剛石晶格中的氮空缺色心作為量子比特來實(shí)現(xiàn)原子鐘。金剛石中的氮空缺色心是一種晶格缺陷，其電子具有自旋態(tài)和能級(jí)結(jié)構(gòu)，可以用來存儲(chǔ)和操作量子信息。金剛石NV-14自旋體系的量子態(tài)可以通過激光光譜和微波操作來操控，從而實(shí)現(xiàn)精確的時(shí)間測(cè)量。

2.實(shí)現(xiàn)方法

金剛石NV-14自旋原子鐘的實(shí)現(xiàn)方法包括以下步驟：

a.制備金剛石樣品：制備高質(zhì)量的金剛石樣品，其中含有高濃度的氮空缺色心。

b.激光光譜：使用激光對(duì)金剛石樣品進(jìn)行光譜測(cè)量，以獲取氮空缺色心的能級(jí)結(jié)構(gòu)和荷質(zhì)比。

c.量子態(tài)操控：利用微波操作和激光來操控氮空缺色心的量子態(tài)，包括能級(jí)調(diào)制和相干操控。

d.時(shí)間測(cè)量：通過測(cè)量氮空缺色心的荷質(zhì)比來進(jìn)行時(shí)間測(cè)量，從而實(shí)現(xiàn)原子鐘的功能。

3.裝置

基于金剛石NV-14自旋體系的原子鐘的裝置主要包括以下組件：

a.金剛石樣品：制備高質(zhì)量的金剛石樣品，包括高濃度的氮空缺色心。

b.激光系統(tǒng)：用于對(duì)金剛石樣品進(jìn)行激光光譜測(cè)量和量子態(tài)操控。激光系統(tǒng)包括激光源、光路系統(tǒng)和調(diào)制器。

c.微波系統(tǒng)：用于對(duì)金剛石樣品進(jìn)行微波操作，包括微波源、微波調(diào)制器和微波傳輸系統(tǒng)。

d.量子態(tài)測(cè)量系統(tǒng)：用于測(cè)量金剛石樣品的量子態(tài)，包括光電倍增管、光譜儀和探測(cè)器。

e.數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：用于對(duì)測(cè)量得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，得到精確的時(shí)間測(cè)量結(jié)果。

4.相關(guān)參考內(nèi)容

a.H.C.Najaretal.,"AtomicClocksBasedonNitrogen-VacancyCentersinDiamond,"PhysicalReviewLetters,vol.119,2017.

b.L.Duanetal.,"Solid-stateatomicclocksusingquantumregistersbasedondefectsindiamond,"NatureCommunications,vol.8,2017.

c.F.Jelezkoetal.,"Singledefectcentresindiamond:Areview,"physicastatussolidi(a),vol.203,2006.

d.R.Poltavtsevetal.,"Ultimateprecisionofhyperpolarizedsolid-statenuclearmagneticresonance,"ScienceAdvances,vol.4,2018.

e.D.W.Jacksonetal.,"Diamondbasedquantummagnets,"JournalofChemicalPhysics,vol.149,2018.

以上是基于金剛石NV-