收藏本站
收藏 | 论文排版

超越量子极限的介观磁共振探测

谢天宇  
【摘要】:认识自然是人类永恒的追求。然而,测量的精度限制着人类认识自然的程度,因此实现更高精度的测量是科学研究的永恒主题。随着上世纪量子力学的诞生,人们认识到自然界存在着一条深刻的基本规律,它在最底层限制着测量的精度,被称为海森堡测不准原理。在后来更为深入的研究中,人们发现对于多个相互独立的量子传感器存在着一个明确的测量精度极限,被称为标准量子极限。更有趣的是,量子纠缠,被爱因斯坦称为幽灵般的相互作用以反驳量子力学的哥本哈根诠释,可被用作一种量子资源来突破标准量子极限,达到测量精度的极限——海森堡极限。这些发现引起了广泛的研究兴趣,并逐渐形成了一个专门的研究领域——量子度量学,是量子精密测量领域的重要组成部分。本文将围绕这两个量子极限展开研究。在这个领域展开研究的实验体系有很多,比如离子阱,冷原子,热原子,玻色-爱因斯坦凝聚体,光子和机械振子等。金刚石固态自旋体系(氮-空位缺陷色心),因其易初始化,光读出以及室温下优异的相干性质等特点在最近十余年来发展迅猛,但其涉及量子度量学方面的研究仍成果寥寥。目前,因其可作为原子尺度探针的特点,在微观磁探测方面具有独特的优势,已实现了对单个电子自旋和核自旋小系综的磁共振探测。然而,其测磁灵敏度相对较差,远未达到量子极限。本文将致力于提高它的测磁灵敏度至标准量子极限,同时突破单色心的能量分辨极限。进一步,利用多比特纠缠使得相位灵敏度突破标准量子极限,以至接近海森堡极限。为了实现上述目标,需要对该自旋体系的基本控制做一个全面的提升,包括高保真度的纯态制备,高保真度的非局域门以及高保真度的投影测量。这里涉及众多困难的技术实现:高保真度的纯态制备需要借助实时反馈制备负电荷态,施加脉冲激光序列极化电子自旋以及动力学核极化;高保真度的非局域门需要准确描述环境磁噪声,并通过最优控制设计形状脉冲来抵抗磁噪声和控制噪声;高保真度的投影测量需要高稳定的强磁场(~0.8 T)以及高频微波(~25 GHz)并借助重复读出技术来实现。此外,对于多比特的非局域操控需要与电子自旋有强耦合的核自旋,包括伴随缺陷的氮核自旋以及在缺陷周围随机分布的碳十三核自旋。其耦合参数被高精度地测量,达到了赫兹级精度,基于此我们检验了氮-空位缺陷的全同性。我们还提出了一种固态类原子钟的设想,具有高鲁棒性及易集成等优势,未来有望实现商用。接下来,我们利用这个兼具高测磁灵敏度和高空间分辨率的磁探针,实验实现了微观磁共振探测。这里我们选择的探测尺度为50纳米-10微米,本文将其定义为介观尺度,是目前传统磁共振技术无法涉足的领域。然而,在介观尺度上进行磁共振探测仍然是一个新兴领域,因此我们首先建立了一套完整的探测方法及磁信号计算的理论分析框架。然后依据这个理论框架,我们分别实现了介观尺度上的顺磁共振以及核磁共振探测。未来,我们将利用这里发展的方法和技术,广泛地展开细胞生物学和材料科学等领域存在的介观磁现象的研究。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前17条
1 罗辉波;王道鑫;;特战队员的极限训练[J];政工学刊;2021年01期
2 刘永椿;;极限之限:物理学中“突破极限”的几种途径[J];物理;2021年02期
3 杨家平;;第一个重要极限的推广及应用探析[J];现代商贸工业;2020年12期
4 应文;;极限飞盘运动在全民健身活动中的作用及推广策略探讨[J];农家参谋;2020年11期
5 杨岳儒;王钰博;;诉诸“精准金融制裁”——理解美国“极限施压”政策[J];江南社会学院学报;2020年02期
6 ;一箱油2110.2KM,新雅阁锐混动刷新极限续航纪录![J];世界汽车;2017年12期
7 原颜东;张志豪;;极限飞盘运动进入高校体育课堂的可行性研究[J];当代体育科技;2018年06期
8 张法尧;赵树森;朱立国;;颈部旋转相关极限体位对椎动脉血流的影响[J];中国中医骨伤科杂志;2017年03期
9 牛传择;桑波;颜红;;第二重要极限的一种简易变形[J];大学数学;2016年05期
10 田磊;曹荣荣;彩芬;;基于概念二重性的“重要极限”教学设计[J];教育现代化;2017年15期
11 张晓媛;田毅;;定向空间的逆极限和余极限[J];模糊系统与数学;2017年01期
12 ;世界的极限[J];中国科技信息;2016年01期
13 曹宏举;何素艳;万丽英;;从应用角度谈两个重要极限教学[J];高等数学研究;2016年05期
14 姜海波;;一类临界复Gross-Pitaevskii方程解的无粘性极限[J];湖北文理学院学报;2014年11期
15 张巍巍;;极限计算中一些典型错误的剖析[J];数学学习与研究;2020年25期
16 郑叔;;人类无法超越的各种人体极限(下)[J];老同志之友;2019年23期
17 ;能源无极限[J];小学科学;2020年01期
中国重要会议论文全文数据库 前20条
1 任韧;李旋;任大男;赵中霞;文丽雅;白蕾;芦瑞祺;常艳;;射频核自旋压力显微研究[A];第十八届全国光散射学术会议摘要文集[C];2015年
2 马丽莎;Chapovsky Pavel L;孙振东;;静电场中正-仲甲醇分子的核自旋转换[A];第21届全国分子光谱学学术会议暨2020年光谱年会论文集[C];2020年
3 王梦真;樊政;宁远航;徐海;黄浩;郑沄;葛美华;郑雨军;孙振东;;甲醇分子的原子核自旋变体的转换[A];中国化学会第十二届全国量子化学会议论文摘要集[C];2014年
4 黄浩;宁远航;徐海;樊政;郑沄;葛美华;郑雨军;孙振东;;用激光操控分子的速度分布实现分子的核自旋变体的分离[A];第十八届全国分子光谱学学术会议论文集[C];2014年
5 丁尚武;陈正隆;;室温下液体和固体里有多少个核自旋是量子力学地耦合在一起的?[A];第十二届全国波谱学学术会议论文摘要集[C];2002年
6 倪瑞华;;英国生态学马克思主义关于马克思的“自然极限”理论的阐释[A];马克思主义与生态文明论文集[C];2010年
7 徐扬;宋振明;秦克云;;l*—模的收剑性[A];数学·物理·力学·高新技术研究进展——1998(7)卷——中国数学力学物理学高新技术交叉研究会第7届学术研讨会论文集[C];1998年
8 丁维平;;介观催化与能源分子转化[A];第三届能源转化化学与技术研讨会摘要集[C];2018年
9 宁远航;黄浩;徐海;樊政;郑沄;葛美华;郑雨军;孙振东;;多原子分子的原子核自旋变体转换的观测及其机制探讨[A];第十八届全国分子光谱学学术会议论文集[C];2014年
10 陈志坚;王紫瑶;兰智豪;龚旗煌;;无序介观光学结构对OLED荧光增强[A];介观光学及其应用研讨会论文集[C];2007年
11 高晓玲;;《极限配合与技术测量基础》课程教学浅谈[A];中国职协2014年度优秀科研成果获奖论文集(中册)[C];2014年
12 王忆;陈红玲;陈传誉;;电-声相互作用对一维介观环中持续电流的影响[A];Quantum Transport and Mesoscopic Physics (Ⅲ)--Proceedings of CCAST (World Laboratory) Workshop[C];1999年
13 林宗涵;;介观系统——研究物理效应的“人造实验室”[A];Frontier of Particle Physics, Nuclear Physics and Cosmology--Proceedings of CCAST(World Laboratory) Workshop[C];2002年
14 何秀娟;李英;邵月华;;表面活性剂在油/水界面排布的介观模拟[A];中国化学会第二十五届学术年会论文摘要集(下册)[C];2006年
15 邱惠丽;;技术的极限——对纳米技术的终极思考[A];“科学发展观与建设沿海强省学术研讨会暨河北省自然辩证法研究会2008年年会”论文集[C];2008年
16 付方正;刘正东;许刚;;介观系统中粒子状态的一种描述[A];大珩先生九十华诞文集暨中国光学学会2004年学术大会论文集[C];2004年
17 江澜;刘勇;;腹部磁共振检查临床应用[A];中国中西医结合学会医学影像专业委员会第十七次全国学术大会暨甘肃省中西医结合学会医学影像专业委员会第六届学术年会资料汇编[C];2019年
18 新浪科技-自媒体综合;;大脑如何产生自由意识?源于其原子核自旋的相互纠缠[A];《科学与现代化》2019年第1期(总第078期)[C];2019年
19 李晖;王波;刘健;;3.0T磁共振新技术的临床应用[A];2015浙江省医学会影像技术学首届学术年会论文汇编[C];2015年
20 李景志;;磁共振发展趋势和理智选型[A];中华医学会医学工程学分会第十五次全国学术年会论文汇编[C];2015年
中国博士学位论文全文数据库 前20条
1 谢天宇;超越量子极限的介观磁共振探测[D];中国科学技术大学;2021年
2 陈方;核自旋诱导的磁光效应的理论及量子化学计算研究[D];中国科学技术大学;2015年
3 李占军;日语极限表达研究[D];北京外国语大学;2015年
4 孔熙;基于金刚石固态单自旋的单核自旋灵敏度磁共振实验研究[D];中国科学技术大学;2015年
5 李嘎龙;氧化亚铜纳米线介观晶体仿生杂化材料的制备及其生物催化性能研究[D];西北大学;2019年
6 魏凡;介观系统中的电子输运和自旋1/2XXZ模型拉曼谱动力学性质[D];中国科学技术大学;2019年
7 罗琦;基于结构调控增强介观太阳能电池的光学特性及其性能研究[D];华东师范大学;2018年
8 吴文娟;层状超导体中的磁通静态结构和动力学行为及介观超导体的磁通分布的研究[D];东南大学;2016年
9 王晓军;车削加工系统稳定性极限预测的研究[D];吉林大学;2005年
10 姚国华;核自旋诱导的新磁光效应及金属卟啉激发态的理论研究[D];中国科学技术大学;2013年
11 李同;地面磁共振早期信号检测及频域分段噪声消减方法研究[D];吉林大学;2015年
12 杨易旻;基于极限学习的系统辨识方法及应用研究[D];湖南大学;2013年
13 李小冬;核极限学习机的理论与算法及其在图像处理中的应用[D];浙江大学;2014年
14 阎占元;介观电路量子效应的研究[D];华北电力大学(河北);2007年
15 于金芬;磁共振扩散峰度成像在腮腺肿瘤诊断与鉴别中的应用价值[D];山东大学;2016年
16 李兆凯;基于核自旋的量子计算实验研究[D];中国科学技术大学;2014年
17 张孝通;基于磁共振测量技术的生物组织电特性成像研究[D];浙江大学;2009年
18 朱海云;磁共振多技术扫描检测活性心肌及其和单光子发射计算机体层显像、正电子发射断层显像、超声对比的实验和临床研究[D];第二军医大学;2005年
19 张露;车辆附着极限态稳定性控制试验及其控制算法研究[D];中国农业大学;2016年
20 高迎芳;介观环中的量子输运[D];山西大学;2005年
中国硕士学位论文全文数据库 前20条
1 魏强;南京高校开展极限飞盘新项目可行性研究[D];苏州大学;2015年
2 甘露;极限学习机的研究与应用[D];西安电子科技大学;2014年
3 刘慧霞;不同自旋体系中核自旋单重态的制备与应用研究[D];华东师范大学;2019年
4 郭海清;长寿命核自旋单重态的制备与研究[D];华东师范大学;2018年
5 贾群望;极限飞盘运动社区推广的实证研究[D];河北师范大学;2014年
6 陈强;极限方式[D];四川大学;2006年
7 王东;在线核极限学习机的改进与应用研究[D];安徽财经大学;2015年
8 高响亮;普通高校开设极限飞盘课程的可行性研究[D];华东师范大学;2010年
9 梁小春;多变量时间序列极限学习机预测[D];福州大学;2016年
10 于武文;云南省高职高专院校开设极限飞盘课的实践研究[D];云南师范大学;2013年
11 赵天昊;日本“极限建筑”的发展及启示[D];吉林建筑大学;2014年
12 张洁;双重逆极限空间上一类移位映射的动力性质研究[D];重庆师范大学;2014年
13 刘丽娜;介观生物组织样本水基光学透明处理技术及应用研究[D];深圳大学;2019年
14 陶鑫;山区介观地形地面落雷分布规律研究[D];西南交通大学;2019年
15 严炜东;液体润滑条件下微介观体积成形摩擦建模与尺度参数求解方法的研究[D];山东建筑大学;2019年
16 谷云鹏;高能效铣刀介观损伤形成及其演变特性[D];哈尔滨理工大学;2018年
17 李宜霖;基于TiO_2介观晶体的光电化学生物传感器研究[D];福建师范大学;2017年
18 刘东;极限学习机的改进与扩展研究[D];河北工业大学;2015年
19 俞竣瀚;基于极限学习机马尔可夫模型的结构健康状态预测研究[D];长安大学;2016年
20 孙鑫;极限学习机结构优化及其应用研究[D];广西大学;2014年
中国重要报纸全文数据库 前20条
1 芮厘 整理;人体所能承受的高温极限[N];中国科学报;2013年
2 本报记者 肖榕;葛曼棋:努力才知道极限在哪[N];福建日报;2021年
3 肖刚刚 李国栋;大山深处,七昼夜极限磨砺[N];人民武警报;2019年
4 俞博 张山;“不设限”方能无极限[N];解放军报;2019年
5 秦昕 罗茜 何仲任 沈思佳 杨文丰;挑战60天极限[N];中国自然资源报;2019年
6 本报记者 杨阳;在“历史的清唱”中体味“孤独的极限”[N];中国艺术报;2019年
7 毛胜涛;极限训练,现地磨砺特战锋刃[N];解放军报;2019年
8 本报记者 安峥;“极限施压”恐适得其反[N];解放日报;2019年
9 郝东红;常怀“极限”之忧 方有“备胎”显威[N];中国国防报;2019年
10 ;时间将证明极限施压对中国没用[N];环球时报;2019年
11 郭言;美国极限施压终将是“竹篮打水”[N];经济日报;2019年
12 本报实习记者 毕雁飞;金价振荡回落 美国“极限施压”[N];中国黄金报;2019年
13 邬林 李宝 本报记者 赖文湧;触摸极限射程的“极限”[N];解放军报;2019年
14 ;“魔鬼周”升级版,极限勇士热血迎战[N];人民武警报;2019年
15 钱立功;极限词讹网店 商家也需警醒[N];中国商报;2019年
16 罗志华;极限词敲诈获刑的警示意义[N];浙江法制报;2019年
17 本报记者 倪浩;商务部批美国搞“极限施压”[N];环球时报;2019年
18 钟声;极限施压注定徒劳[N];人民日报;2019年
19 郭言;极限施压无助于解决经贸分歧[N];经济日报;2019年
20 李澄;用一切手段对心理“极限施压”[N];音乐周报;2019年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978