金刚石NV色心加速度传感效应研究

提出了一种基于金刚石氮空位（NV）色心磁敏感机理的加速度传感方案。永磁体作为质量块,外界加速度使永磁体与NV色心的距离变化,使得作用在金刚石NV色心上的磁场强度发生改变,通过对NV色心电子自旋共振（ESR）荧光信号的分析实现对加速度的检测。实验在沿永磁体轴线方向距表面10mm范围内对加速度效应进行验证。测试得到基于金刚石NV色心的加速度传感可以实现对±0.02g内的加速度进行检测,检测灵敏度为108.31V/g。     

基于金刚石NV色心的带状线芯片微波场成像

为了满足集成微波器件进行高分辨率微波近场测量的需求,本论文提出了一种基于金刚石氮空位（Nitrogen-Vacancy,NV）色心的微波近场成像技术.该技术可用于查找芯片等集成微波器件的干扰源和信号串扰.此微波近场成像方法采用金刚石NV色心颗粒作为场传感器,其中金刚石颗粒固定在锥形光纤的末端.由于塞曼效应,NV色心的光探测磁共振（Optical Detection Magnetic Resonance,ODMR）谱在外部静磁场环境中会分裂成为8个峰,通过测量共振峰频点的Rabi振荡谱,能够得到Rabi频率,接着通过2.8MHz/Gauss换算得出该处的微波场强度,最后通过将所测得所有数据点进行二维图像处理即可得到所测芯片和集成微波器件的表面微波场近场图像.     

基于金刚石系综NV色心的温度磁传感特性

基于金刚石系综氮空位(NV)色心量子传感技术,搭建了高精度量子传感温度测量实验平台,探究了金刚石NV色心温度传感特性.通过测试不同温度下的光探测磁共振(ODMR)信号,验证了 NV色心的零场劈裂参数(D)会随着温度(T)变化这一结论,即随着温度的升高,ODMR信号整体往左漂移.测得在293～343 K内,D与T呈线性关...     

Ib型金刚石NV色心系综的制备及磁检测北大核心

弱磁探测在材料科学、基础物理和磁强计等众多领域都具有重要的研究意义。由于金刚石氮空位（NV）色心的弱磁探测兼具高灵敏度与高空间分辨的优点,因此对利用Ib型金刚石NV色心系综进行磁检测的技术进行了研究。通过电子辐照并高温真空退火的方法制备了Ib型金刚石NV色心系综,并对其光致发光光谱进行了测试与分析;利用自主搭建的共聚焦系统成功检测了在不同微波功率作用下的NV色心系综电子自旋共振谱;测试并分析了常温常压中不同磁场条件下的NV色心系综电子自旋共振谱。结果表明,金刚石〈100〉晶轴方向的磁场使得NV色心系综基态的ms=＋1态与ms=-1态的共振峰产生4.053 MHz/Gs的能级分裂,利用此金刚石NV色心系综可实现4.98μT的弱磁检测。     

集群金刚石NV色心量子自旋定向激发磁传感增强方法

为满足工业磁传感器高灵敏度、高信噪比(SNR)测量需求,基于自制的共聚焦磁检测系统,提出一种基于脉冲幅度调制技术的集群金刚石氮空位(NV)色心量子自旋定向激发(QSDE)方法。利用任意波形发生器构建sin型QSDE脉冲光探测磁共振序列,抑制传感体系中对微波敏感的Ns杂质与NV色心产生耦合效应带来的线宽展宽与噪声,提升谱线对比度的同时降低了线宽与噪声,突破微波强度对灵敏度和SNR的限制。经实验验证,相较连续波光探测磁共振(CW-ODMR)方法,该方法可将磁传感灵敏度和信噪比分别大约提升5倍和20 dB,为量子精密测量领域开辟了全新的技术路径和研究思路。     

基于金刚石NV色心的微角度测量方法

微角度检测在超高精密测量技术中有着重要的作用。研发了一种基于金刚石氮空位(NV)色心的微角度测量方法,其中NV色心作为微角度检测敏感单元,共轴磁铁作为传感单元,由于共轴磁铁和金刚石NV轴之间不同夹角下的磁场强度变化引起金刚石NV色心自旋能级波动,从而使得光学探测磁共振(ODMR)信号漂移,通过闭环频率锁定技术的实时追踪实现微角度的检测。并对微角度测量进行了理论分析和实验测试,理论和实验结果基本一致。同时,通过该方法获得了微角度传感检测的灵敏度为200 mV/deg,分辨率为10 mdeg,系统的等效角度均方根噪声为0.69 mdeg/Hz^1/2。该方法为高灵敏度、高分辨率的微角度检测提供了新的手段,同时实时追踪金刚石多个NV轴,可实现姿态矢量微角度检测。     

基于磁集聚器的金刚石NV色心磁力计灵敏度的增强

对于金刚石氮空位(NV)色心磁力计,探索新的方法提高其灵敏度具有重要的意义。详细介绍了一种基于闭环反馈的频率调制技术结合磁集聚器的高灵敏度和高分辨率磁测量方法。设计了具有12倍磁放大倍数的T型磁集聚器。通过频率调制技术,磁力计灵敏度由1.5 nT/Hz^1/2提升到0.13 nT/Hz^1/2。同时,通过闭环锁定技术,磁力计最小可检测磁感应强度由10 nT增强到1 nT。该方法在理论和实验上均得到了验证,能够实现磁力计灵敏度和分辨率的提高,为高灵敏度和高分辨率磁力计的设计提供了参考,同时对自旋电子磁共振的基础研究也有着重要的意义。     

基于NV色心的晶体管放大器近场分布成像

微波毫米波芯片非破坏高分辨率近场分布成像对高频射频芯片的功能和失效分析至关重要.本实验基于金刚石NV（Nitrogen-Vacancy）色心这一独特的量子体系,选取直径约为14μm的金刚石样品,将其粘附于20μm直径的光纤锥形尖端,制备成高分辨、非破坏、微型化的探针,通过分析NV色心在微波场变化中的基态自旋演化规律,采用全光学的方法,一次性成像,获得芯片表面整体场分布.本文给出了氮化镓高电子迁移率晶体管的近场分布成像图,拟合出光学探测磁共振（Optically Detected Magnetic Resonance,ODMR）谱图以及Rabi谱图,并对成像结果进行了分析.这一系统具有高效、高分辨、高灵敏度、对近场干扰小等优势,有望为高集成度微波电路故障诊断、天线辐射剖面、微波集成电路电磁兼容测试等应用提供一种全新的方案.     

面向微集成的金刚石NV色心与微波天线的一体化

针对金刚石氮空位(NV)色心量子传感器中微波天线体积大、无法与金刚石紧密接触造成天线与金刚石位置不固定、引起传感器灵敏度低的问题,设计了一种将微波天线集成到金刚石NV色心的一体化方法.采用导电性更强的金薄膜作为天线材料,通过高频结构模拟器(HFSS)仿真软件确定天线尺寸.利用微纳加工工艺和磁控溅射技术在金刚石NV色心表...     

金刚石NV色心磁力计极限灵敏度优化方法北大核心

光探测磁共振（ODMR）信号作为氮空位（NV）色心磁力计进行磁检测的主要手段,其主要受到微波功率强度和激光功率强度的影响。对金刚石NV色心磁力计展开研究,根据其检测原理,探究其极限灵敏度优化方法。搭建了ODMR信号的检测系统,对ODMR信号的激发功率进行了探究。实验结果表明在该实验系统下,微波功率约为60 mW、激光功率约为10 mW是最优的ODMR信号激发功率,可以使磁力计灵敏度达到最优,得到其理论值为17.80 nT/Hz^1/2。为金刚石NV色心磁力计灵敏度的进一步提高提供了改进方法。     

一种基于金刚石NV色心系综的磁力计

金刚石氮空位(NV)色心系综磁力计的灵敏度受激光激发效率的影响很大。对此通过增加激光与金刚石的接触面积来提高NV色心的激发效率,搭建了共聚焦磁检测系统。建立了NV色心的原子模型,根据其磁检测的原理,可通过光探测磁共振(ODMR)技术来检测外部磁场。沿着金刚石[111]晶向施加静磁场,四个共振峰所对应的微波频率与磁场强度呈现线性关系。因此,可通过检测共振峰的漂移来解算出外部磁场强度。在激光功率50 mW、微波功率23 dBm时,计算得出室温下该磁力计的极限灵敏度达到0.3 nT/Hz1/2,实验测得系统的磁噪声灵敏度为0.2 nT/Hz1/2。通过提高金刚石NV色心激发效率可以进一步提高金刚石磁力计的灵敏度。     

基于金刚石NV色心磁传感器微波调制频率优化的高灵敏度磁传感方法

基于金刚石氮空位(NV)色心系综的磁传感器磁场检测的绝对灵敏度与光探测磁共振(ODMR)的解调曲线的最大斜率呈反比,而解调曲线的斜率主要取决于磁传感器的调制参数。重点研究了磁传感器的灵敏度与调制频率之间的关系。介绍了NV色心的能级结构,根据其磁检测原理,采用基于微波频率调制解调的ODMR技术来检测外部微弱磁场。介绍了计算磁灵敏度的理论模型。通过实验证明,当激光功率为50 mW、微波功率为7 dBm、调制频率为18 kHz时,解调曲线的斜率为1.146 1 mV/kHz,相比于未优化前(0.086 8 mV/kHz)提高了约12.2倍。散粒噪声限制的磁传感器的灵敏度约为4 nT/Hz~(1/2)(理论计算结果约为1 nT/Hz~(1/2))。     

量子激光雷达研究综述（特邀）

激光雷达由于探测精度高、功耗低、体积小、易于装备等特点,近年来广泛地应用于预警探测、制导、引信等技术中。但随着实战应用遇到的问题,如各种复杂化场景、敌方对抗干扰,以及新型作战技术的出现,激光雷达遇到了一系列急需解决的难题。文中总结了目前激光雷达在实际应用中遇到的急待解决的问题以及未来激光雷达发展的迫切需求。针对这些难题人们开始了各种探索,但是传统的探测方法和探测技术均遇到了发展瓶颈,很难有效地解决这些问题。因此人们在传统激光雷达基础上结合量子等新技术进行升级,探索下一代新体制量子激光雷达,文中进一步总结了国内外现有多种新型量子激光雷达的工作。通过现有研究成果的梳理和分析有助于深入理解和把握目前量子激光雷达的研究现状和问题,为量子激光雷达未来发展奠定基础。     

Germanium surface and interfaces (Invited Paper)

Germanium surface and interfaces are modeled based on the requirement that surface charge neutrality is satisfied. It is found that Ge interfaces have remarkable electronic properties stemming from the fact that the energy gap is low and the CNL is located very low in the gap close to the valence band. Because of this, acceptor defects (probably dangling bonds) are easily filled building a negative charge at the interface which easily inverts the surface of n-type Ge at no gate bias and for low doping N_D and moderate to high interface state density D_it. This has important consequence in the electrical characteristics of Ge transistors. In p-channel FETs, an undesired positive threshold voltage V_T of +0.2 to +0.5 V is predicted depending on N_D, D_it and the equivalent oxide thickness. In n-channel FETs, inversion is inhibited and V_T could become higher than 1 V if the D_it is well in excess of 10¹³ eV^?1 cm^?2.     

碲镉汞探测器的回顾与展望（特邀）

20世纪50年代末,碲镉汞（HgCdTe）合金半导体材料的发明,奠定了热成像的技术和工程应用基础。1975年,美国提出基于第一代红外探测器的热成像通用组件概念——“模块化通用夜视热瞄镜”（Modular Common Thermal Night Sights, MCTNS）,从此HgCdTe材料和探测器被大规模应用于军事领域。从HgCdTe材料的基本物理性质出发,分析了HgCdTe探测器的优点,认为HgCdTe探测器依然是目前性能最好的红外探测器,且正在向多元化方向发展,包括（但不限于）大面阵、平面结和异质结、双波段、甚长波、150 K级工作温度、雪崩探测器等。随着新结构、新模式、新机理、新方法、新工艺的进步,HgCdTe材料和探测器必将达到一个新高度,仍然是第四代主流的红外焦平面探测器。     

CVD金刚石（膜）制备技术及应用进展

化学气相沉积（CVD）方法是金刚石（膜）制备的主流技术,经过多年的发展,已从最初的微米金刚石膜发展到纳米金刚石膜,至目前高质量的单晶金刚石,应用领域不断扩展。除了工业和民用领域外,纳米金刚石膜在MEMS／NEMs、生物医学的应用进展引起业界关注,其中大尺寸单晶金刚石的制备是推动这些应用的关键。本文分析了MPCVD金刚石成膜特点,讨论了现阶段CVD金刚石膜商业化推广应用的制约因素,展望了今后金刚石膜的发展前景。     

色心激光器及其发展

色心激光器由于其特殊的调谐范围及单频、窄线宽的工作特点,可作为高分辨率的分光仪的理想窄带光源而用于分子振动一转动跃迁的研究,在光纤通信、超高速现象的研究等方面也有其独特的应用。本文叙述色心的构造及其特点,色心激光器的泵浦及泵浦的最佳化,调谐方式及新调谐范围的进展,单频、窄线宽运行的实现、激光脉冲的压缩等。最后指出色心激光器的发展方向和可能的应用。     

Vacancy Engineering in Semiconductor Photocatalysts: Implications in Hydrogen Evolution and Nitrogen Fixation Applications

It is a well-known fact that the pronounced photogenerated charge recombination and poor light absorption are the main bottlenecks of photocatalysis applications. The conventional approaches to address these problems involve bandgap engineering and suppression of charge recombination after light irradiation, which results in an enhancement in the photocatalytic performance of the materials. However, the most essential aspect of surface modification to engineer active sites on the catalyst surface is generally not given much importance. Contrary to this, defect engineering is another approach by which the optical, charge separation, and surface properties of the photocatalytic materials can be tuned. In this review article, the effect of the introduction of vacancies on the photocatalytic properties of selected semiconductor materials, viz., metal oxides, perovskite oxides, metal sulfides, oxyhalides, and nitrides is comprehensively summarized. The engineering of vacancies in these materials not only improves their optical and charge transfer properties but also affects the surface properties, which are helpful in the adsorption of the reactants on catalyst surface. Herein, photocatalytic hydrogen evolution and nitrogen fixation applications of vacancy engineered materials are discussed in detail along with the current trends, scalability requirements, and rigorous experimental protocols.     

成像光谱仪的发展与应用（特邀）

成像光谱仪是一种有效的定量探测工具,得益于其可通过高空间分辨率和高光谱分辨率同时获取探测目标的三维立方体数据的能力,使得成像光谱仪在测绘遥感、目标识别、环境监测与评估、临床影像诊断、过程监控等领域应用极为广泛。文中根据分光原理和分光元件的不同,将成像光谱仪分为四类:滤光型、色散型、干涉型和快照型,在分类的基础上对各种成像光谱仪的主要代表形式和应用进行了回顾和介绍,并对成像光谱仪未来可能存在的发展和应用方向进行了展望。