课题基金 / 基金详情

基于金刚石氮空位中心自旋的高压下原位磁性表征

批准号:
12074422
项目类别:
面上项目
资助金额:
62.0 万元
负责人:
潘新宇
学科分类:
光量子物理和量子光学
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
潘新宇

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
金刚石氮空位中心是实现量子信息处理和量子计算的优良载体,氮空位中心在室温下可以用光学和微波脉冲实现初始化、操控以及读出电子自旋态,金刚石具有天然耐高压的特性,同时其电子自旋又是高灵敏度的磁场探针,因此基于氮空位中心的自旋量子传感方案非常适合集成于原位高压研究所使用的金刚石对顶砧之中。本项目拟开展金刚石在低温高压下原位磁性表征,通过在高压腔中放置金刚石氮空位中心自旋作为原位的量子传感探针,利用激光和射频微波脉冲远程操控并实时高效地探测自旋探针状态,实现高压下样品局部磁性的原位灵敏表征。该方案能提供媲美超导量子干涉仪的磁性测量灵敏度,工作在极宽温区并拥有微米尺度的空间分辨率,实现传统高压测磁方案无法探测的微弱磁信号的可靠测量,并进一步开展高压下超导现象测定和超导机理探索等前沿科学问题的实验研究,实现微米级氢化物在高压下超导抗磁性的迈斯纳效应原位直接测量。
英文摘要
The nitrogen vacancy centers in diamond play important role in quantum information processing and quantum computing. The electron spin of nitrogen vacancy center can be initialized, manipulated and read out by optical and microwave pulses at room temperature. Diamond can work under high pressure and its electron spin can be used as a sensitive probe for weak magnetic field sensing. Nitrogen vacancy center in diamond is very suitable for quantum sensing inside the anvil cell for high pressure applications. We plan to put diamond with nitrogen vacancy centers inside the anvil cell and use it as quantum sensing probe. By using laser and microwave pulses we can control and detect the electron spin states. Based on the electron spin states we can measure the weak magnetic field around the diamond. This scheme can provide high sensitivity as SQUID. It can work at low temperature and has micrometer spatial resolution. Based on this setup we will work on Meissner effect of hydride superconductor under high pressure.
本项目拟开展金刚石在低温高压下原位磁性表征,高压腔放置金刚石氮空位中心自旋作为量子传感探针,实现高压下样品局部磁性的原位表征。我们按照申请书所列计划开展研究,主要研究内容和预期目标都已实现,金刚石氮空位中心量子传感技术应用到高压DAC中,在温度区间5-300 K,用自主搭建的共聚焦荧光显微镜,空间扫描成像分辨率优于2微米,测磁灵敏度达到10μT/Hz1/2,。项目执行过程中发表多篇SCI论文,包括1篇Nature Communications和1篇Chinese Physical Letters的Express Letters及1篇Advance Functional Materials。项目主要成果为:.(1) 把氮空位中心电子磁共振技术压强提高到100 GPa以上,最高在146 GPa压力下测到电子自旋ODMR信号,这是现在世界上在金刚石高压对顶砧中使用氮空位中心实现量子测量的最高压强【Chinese Physics Letters 39, 117601 (2022)】;(2)以金刚石对顶砧面上的浅层氮空位中心为量子传感器,实验上在镍基超导体中观测到La2PrNi2O7和La3Ni2O7−δ多晶样品在近20 GPa高压下的超导迈斯纳效应,实验展示了更好的静水压条件和Pr掺杂有助于提升镍氧化物样品的超导体积分数;(3)高温高压退火处理金刚石得到自旋性质和光学性质优异的NV中心,可支持量子存储及量子网络节点应用【Adv. Funct. Mater. 2309586 (2023)】;(4)利用纳米金刚石NV中心观测到NiFe器件中高阶自旋波倍频效应,用倍频自旋波实现了NV自旋量子态相干操控【Nature Communications 16, 1178(2024)】。相关研究结果将丰富对于超导材料和二维磁性材料新奇物理现象的认识和理解,为后续的器件开发和应用提供支撑。
超导及超晶格基于金刚石氮空位中心高空间分辨弱磁探测
  • 批准号:
    12374468
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    52.00万元
  • 批准年份:
    2023
  • 负责人:
    潘新宇
  • 依托单位:
金刚石氮空位中心核自旋量子算法实验研究
  • 批准号:
    11574386
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    73.0万元
  • 批准年份:
    2015
  • 负责人:
    潘新宇
  • 依托单位:
室温下金刚石晶体内N-V center单电子自旋量子比特研究
  • 批准号:
    10974251
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    40.0万元
  • 批准年份:
    2009
  • 负责人:
    潘新宇
  • 依托单位:
国内基金
海外基金