DB34T4550-2023固態(tài)自旋量子磁力測量技術性能表征

ICS33.100.01CCSICS33.100.01CCSL06安 徽 省 地 方 標 準DB34/T4550—2023固態(tài)自旋量子磁力測量技術性能表征Characterizationofsolidstatespinquantummagneticmeasurementtechnology20232023100720231107安徽省市場監(jiān)督管理局發(fā)布前 言本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構不承擔識別專利的責任。本文件由安徽省國盛量子科技有限公司提出。本文件由安徽省市場監(jiān)督管理局歸口。本文件起草單位：安徽省國盛量子科技有限公司、中國科學技術大學。固態(tài)自旋量子磁力測量技術性能表征范圍本文件界定了固態(tài)自旋量子磁力測量技術的性能表征，涵蓋基于此技術的固態(tài)自旋量子磁力測量裝置（以下簡稱“量子磁力測量裝置”）的性能表征、表征值的測試方法。本文件適用于基于固態(tài)自旋量子磁力測量技術的磁場測量。規(guī)范性引用文件本文件沒有規(guī)范性引用文件。術語和定義下列術語和定義適用于本文件。性能表征 performancecharacterization量子測量 quantummeasurement利用量子相干、量子壓縮、量子糾纏等特性開展的高精度測量活動。固態(tài)自旋 solidstate量子測量 quantummeasurement利用量子相干、量子壓縮、量子糾纏等特性開展的高精度測量活動。固態(tài)自旋 solidstatespin固態(tài)材料中的電子自旋和原子核自旋。磁場頻率 magneticfieldfrequency檢測到的被測磁場周期性變化次數。帶寬 bandwidth量子磁力測量裝置進行磁場測量時的頻率響應范圍。4概述與原理概述固態(tài)自旋測量系統(tǒng)中的原子或者電子呈現穩(wěn)定的能級系統(tǒng)，利用激光或者射頻能夠對其進行穩(wěn)定激發(fā)與操控，是常見的一種量子系統(tǒng)。原理固態(tài)自旋量子磁力測量技術以固態(tài)自旋測量系統(tǒng)中電子自旋在外磁場作用下的塞曼劈裂為原理，固態(tài)自旋量子磁力測量技術可以實現高空間分辨率、高靈敏度、高帶寬的磁場測量。固態(tài)自旋量子磁力測量技術原理如圖1所示。圖1固態(tài)自旋量子磁力測量技術原理注：圖中“1”和“2”分別代表兩種量子自旋態(tài)。在零磁場下，兩種量子自旋態(tài)處于簡并狀態(tài)；在非零磁場下，兩種量子自旋態(tài)發(fā)生塞曼劈裂。5指標要求固態(tài)自旋量子磁力測量技術指標要求見表1。表1固態(tài)自旋量子磁力測量技術原理序號指標范圍要求單位1動態(tài)范圍≤2×10-2T2靈敏度≤5×10-9T/√Hz3線性偏差0.001％-0.1％/4帶寬DC-104Hz6測試環(huán)境6測試環(huán)境測試環(huán)境配置6.1.1測試配置1×10-10T測試配置見圖2。圖2固態(tài)自旋量子磁力測量裝置性能測試配置6.1.2磁屏蔽裝置磁屏蔽裝置采用磁屏蔽技術對外界磁場實施屏蔽，產生的磁場強度近似為零的空間。1×10-81×10-113×10-10T/h。高精密可調電流源高精密可調電流源場的驅動電流，最大輸出電流不小于1A，10-6，支持多量程電流輸出。磁場線圈2.5×10-2T1/5。標準磁力儀標準磁力儀其允許誤差不超過待測量子磁力測量裝置最大允許誤差絕對值的1/3，在一年內的誤差改變量不超過其最大允許誤差。恒溫、恒濕、恒壓環(huán)境要求溫度的波動的均方根不超過1×10-2K，濕度變化不超過1％，壓強變化不超過1％。7檢測方法動態(tài)范圍7.1.1測試內容利用高精密可調電流源及磁場線圈產生待測磁場，通過量子磁力測量裝置對該待測磁場進行測量，記錄量子磁力測量裝置測量輸出數據，繪制動態(tài)范圍響應曲線，得出動態(tài)范圍。測試配置測試配置如圖2接高精密可調電流源與磁場線圈，通過控制高精密可調電流源驅動線圈調節(jié)磁場。連接量子磁力測量裝置上位機與主機，通過上位機記錄量子磁力測量裝置輸出結果。測試步驟力儀，標定待測磁場，校正量子磁力測量裝置參數。錄測量輸出結果。7.1.3.2子磁力測量裝置無響應。臨界點，得出動態(tài)范圍。靈敏度測試內容利用高精密可調電流源及磁場線圈產生均勻待測磁場，通過量子磁力測量裝置對該待測磁場進行測量，記錄量子磁力測量裝置測量輸出數據，繪制功率譜密度曲線，得出靈敏度。測試配置測試配置如圖2接高精密可調電流源與磁場線圈，通過控制高精密可調電流源驅動線圈調節(jié)磁場。連接量子磁力測量裝置上位機與主機，通過上位機記錄量子磁力測量裝置輸出結果。測試步驟力儀，標定待測磁場，校正量子磁力測量裝置參數，設定量子磁力測量裝置采樣率和采集時間?？刂聘呔芸烧{電流源，驅動磁場線圈產生均勻交變磁場，磁場大小按式（1）計算：B=Bmsin(2πft) (1)式中：B——為產生磁場大小，單位為特斯拉（T）；Bm——為磁場幅度，單位為特斯拉（T）；f——為磁場頻率，單位為赫茲（Hz）；t——為時間，單位為秒（s）。錄一組測量數據。fBx，得到校正系數，校正系數按式（2）計算：α=Bx (2)Bm式中：α——為校正系數；Bx——為量子磁力測量裝置測量的磁場幅值，單位為特斯拉（T）；Bm——為線圈產生的磁場幅值，單位為特斯拉（T）。間后，記錄一組測量數據。估計和校正系數，得出靈敏度。線性偏差測試內容利用高精密可調電流源及磁場線圈產生待測磁場，通過量子磁力測量裝置對該待測磁場進行測量，對量子磁力測量裝置測量輸出信號進行計算，得出線性偏差。測試配置測試配置如圖2接高精密可調電流源與磁場線圈，通過控制高精密可調電流源驅動線圈調節(jié)磁場。連接量子磁力測量裝置上位機與主機，通過上位機記錄量子磁力測量裝置輸出結果。測試步驟置參數，設定量子磁力測量裝置采樣率和采集時間。磁力測量裝置的輸出數據。遞增磁場達到最小值，完成遞減磁場測量，記錄量子磁力測量裝置的輸出數據。7.3.3.27.3.3.3根據量子磁力測量裝置的輸出數據，進行擬合，繪制擬合曲線，得出線性偏差。帶寬測試內容利用高精密可調電流源及磁場線圈產生均勻待測磁場，通過量子磁力測量裝置對該待測磁場進行測量，量子磁力計測量輸出信號進行數據處理，得出帶寬。測試配置測試配置如圖2接高精密可調電流源與磁場線圈，通過控制高精密可調電流源驅動線圈調節(jié)磁場。連接量子磁