课题基金 / 基金详情

芯片级固态核磁共振力/磁传感基础研究

批准号:
51635011
项目类别:
重点项目
资助金额:
285.0 万元
负责人:
刘俊
依托单位:
学科分类:
微纳机械系统
结题年份:
2021
批准年份:
2016
项目状态:
已结题
项目参与者:
石云波、张国军、马宗敏、王晨光、段俊萍、郭浩、钱坤、赵苗苗、郭旭东

项目摘要

结项摘要

项目成果

刘俊的其他基金

相似基金

相关文献

中文摘要
该项目面向高精度力/磁参量传感应用,以金刚石NV色心自旋能量哈密顿量转换模型为理论基础,探索多物理场(微波、磁场、光场)调控作用下NV色心高灵敏力/磁传感作用机理。突破低损耗单晶金刚石波导、高Q值光学微腔和色心高浓度有序可控掺杂结构等自旋增强模式设计的关键基础科学问题,优化色心光学激发、传输与探测结构,实现传感器精度优化。研究高效率NV色心核磁共振荧光激发时序优化与检测信号解耦方法,解决传统NV色心激光共聚焦核磁共振传感检测的低光子收集效率和难以芯片化集成的技术难题,实现NV色心核磁共振传感结构的芯片级集成制造。以原子磁力计、陀螺仪和压力传感器为应用目标,探索一类新型的芯片级固态高精度核磁共振力/磁参量传感方法。
英文摘要
The highly sensitive nuclear magnetic resonance (NMR) force/magnetic field sensing method is proposed in this project. Using Hamilton equation of the spin energy in the diamond nitrogen vacancy (NV) centers, the mechanism of the coupling effect between the spins in the NV centers and the multi-fields applied (laser, microwave and magnetic field) will be researched, which will give the insight into the NMR sensors designed. The low loss diamond optical waveguide, the high-Q diamond optical cavity and the high density NV centers will be designed and fabricated. By optimizing the laser excitation and fluorescence collection structure, the sensitivity of the force/magnetic field sensing will be improved. This project will also study the excitation timing and signal processing ethods. To be different with the traditional confocal fluorescence collection method, this project will dedicated on the research of the chip scale integrated NMR sensors, which integrated the NV centers, diamond waveguide, optical cavity and microwave excitation structures on the same plane chip. The pressure senor, gyroscope and the magnetometer applications will be studied.
基于经典力/光/电学效应的传感精度受限于散粒量子涨落效应,难以突破散粒噪声极限。而单一自旋量子态量子化测量物理量不受散粒量子涨落限制,打破散粒噪声极限,达到海森堡极限。因此,探索工程应用环境多物理场耦合条件下,固态量子体系的抗弛豫机制,突破传感器件集成应用的关键技术,实现超高精度量子精密测量。从实验室复杂仪器系统到工程应用集成化器件,是推动量子信息技术工程应用的关键技术难题。. 本项目重点研究了基于固态自旋核磁共振方法的力/磁高灵敏度传感方法及工程化应用存在的关键基础科学问题,建立了基于自旋量子态磁共振效应的高精度力/磁传感模型,开发了高浓度自旋系综可控制造工艺,揭示了自旋态翻转隔离多源噪声耦合规律,集成制造了系列量子传感器原理样机,全面完成了本项目目标。. 按照项目计划,完成了项目研究内容,具体如下:.(1)在机理上,揭示了ps时间分辨激光/微波综合时序调控自旋态翻转隔离多源噪声规律,将自旋态相干时间由350ns提升至300μs(浓度1016cm-3),等效传感灵敏度提升30倍;.(2)制造工艺上,提出了金刚石晶格原子动力学可控制造自旋系综机制,构建了各功能单元硅基平面波导基结构模型及纳米谐振腔增强片上集成模型,敏感单元尺寸:8μm×8μm;.(3)核心器件上,提出了金刚石四晶轴自旋态时序锁定原位抑制三轴磁/温噪声机制,构建了器件级低噪声系统,研发了固态原子磁强计、加速度计、陀螺仪等原理样机。. 成果方面:在项目执行期内,培养了国家级高层次人才4人,获得山西省技术发明二等奖1项,发表了40篇SCI论文,其中ESI热点、高被引论文2篇,Highlights论文1篇;申请国家发明专利20项;团队成员赴国外访问交流10人次,主办国内外学术会议5次,受邀参加国内/国际会议12人次;培养博士5人,硕士25人;筹建了国家重点实验室、量子传感与精密测量山西省重点实验室和工程研究中心,与国大阪大学建立国际联合实验室并合作承担国家级项目3项。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
High-Sensitivity Three-Axis Vector Magnetometry Using Electron Spin Ensembles in Single-Crystal Diamond
在单晶金刚石中使用电子自旋系综的高灵敏度三轴矢量磁力测量
DOI: 10.1109/lmag.2019.2891616
发表时间: 2019
期刊: IEEE Magnetics Letters
影响因子: 1.2
作者: [Zhao Binbin, Guo Hao, Zhao Rui, Du Fangfang, Li Zhonghao, Wang Lei, Wu Dajin, Chen Yulei, Tang Jun, Liu Jun]
通讯作者: Liu Jun
Simple, repeatable and low-cost SERS fibre probe for fluorochrome detection
用于荧光染料检测的简单、可重复且低成本的 SERS 光纤探针
DOI: 10.1049/mnl.2017.0740
发表时间: 2018-05
期刊: Micro & Nano Letters
影响因子: 1.3
作者: [Xia Meijing, Guo Hao, Tang Jun, Li Chunming, Zhao Rui, Wang Lei, Liu Wenyao, Yang Jiangtao, Liu Jun]
通讯作者: Liu Jun
Ultrahigh sensitivity stress sensing method near the exceptional point of parity-time symmetric systems
宇称时间对称系统特异点附近的超高灵敏度应力传感方法
DOI: 10.1088/1361-6463/ab761d
发表时间: 2020-03
期刊: Journal of Physics D: Applied Physics
影响因子: --
作者: [Xing Tong, Pan Ziwen, Tao Yu, Xing Guohui, Wang Rong, Liu Wenyao, Xing Enbo, Rong Jiamin, Tang Jun, Liu Jun]
通讯作者: Liu Jun
DOI: 10.1016/j.optcom.2019.124766
发表时间: 2020-03
期刊: Optics Communications
影响因子: 2.4
作者: [Haoyu Wang;Wenyao Liu;Ziwen Pan;Yu Tao;J. Niu;Jun Tang;Jun Liu]
通讯作者: Haoyu Wang;Wenyao Liu;Ziwen Pan;Yu Tao;J. Niu;Jun Tang;Jun Liu
35
    复杂曲面光学微谐振腔跨尺度制造方法研究
    • 批准号:
      --
    • 项目类别:
      --
    • 资助金额:
      260万元
    • 批准年份:
      2021
    • 负责人:
      刘俊
    • 依托单位:
    量子精密测量学科前沿与发展趋势
    • 批准号:
      52142504
    • 项目类别:
      专项基金项目
    • 资助金额:
      10万元
    • 批准年份:
      2021
    • 负责人:
      刘俊
    • 依托单位:
    面向高灵敏度生化传感器圆片级大面积多维有序纳米结构制造基础研究
    • 批准号:
      91123016
    • 项目类别:
      重大研究计划
    • 资助金额:
      60.0万元
    • 批准年份:
      2011
    • 负责人:
      刘俊
    • 依托单位:
    硅基III-V族外延量子点RTD隧穿陀螺仪的基础效应研究
    • 批准号:
      61171056
    • 项目类别:
      面上项目
    • 资助金额:
      63.0万元
    • 批准年份:
      2011
    • 负责人:
      刘俊
    • 依托单位:
    国内基金
    海外基金