GeV重离子束辐照LiF引起的晶体内部结构改变

高能强流重离子束入射到固体物质中,沿飞行路径的离子能量沉积密度将改变宏观靶物质的温度和压强等,并可能在高压高密条件下产生新的材料缺陷.本文利用兰州重离子加速器装置HIRFL-CSR引出的能量为264 MeV/u的Xe^(36+)离子束,入射到LiF晶体靶物质中,在线测量了LiF的发射光谱,观测到沿离子路径的晶体颜色变化.通过解离方法取得了不同位置处的X射线衍射(X-ray Diffraction)与X射线光电子能谱结果,显示在Xe离子的布拉格峰区域出现了LiF_(3)(LiF+F_(2))结构相,讨论了新的结构缺陷的产生与重离子束能量沉积密度间可能的相关性.这为离子束驱动的高能量密度物理的能量沉积过程提供了一定参考.

金刚石色心调控及光学谐振器的研究进展

金刚石因其优异的光学特性和色心发射器而被应用于光子器件领域。光学谐振器是一种微纳米光学结构,基于有限模体积内的光-物质相互作用增强,能够将金刚石色心的发射与谐振器的增强效应相结合,有选择性地增强色心的发射,用于在光子电路中提供稳定且强度充足的光学信号。近年来,金刚石微纳加工技术的发展推动了金刚石光学谐振器的研究和应用。本文总结了金刚石光学谐振器的研究现状,概述了金刚石的基本性质、合成与加工方法,介绍了金刚石色心的生成以及其与光学谐振器的耦合原理,梳理了三种不同类型的金刚石光学谐振器的研究进展,并对未来金刚石光学谐振器的发展进行了展望。

快速响应的NV色心微波传感器实现及测量

高精度微波快速测量技术是电磁频谱分析监测的核心,微波测量技术为微波传感器的高精度测量提供了可能。通过建立NV色心空间磁场能级响应频率精密调谐模型,结合NV色心光学宽场成像技术,实现了高精度、响应快可调的微波测量。首先,通过连续光探测磁共振(ODMR)技术,结合宽场成像技术,通过像素级磁场强度-微波频率转化关系,实现宽场成像的微波测量;进而将连续扫频技术转变为施加定频进行检测,通过同步监测频点不同的响应特性,验证了测试结果的有效性。以上结果为高精度固态量子频谱分析仪、高瞬时带宽频谱微波传感器提供了重要技术基础。

高温高压非金属元素掺杂金刚石的研究进展

金刚石因其优越的极限特性,使得其应用领域非常广泛。金刚石的功能特性往往由其内部所含杂质元素决定,包括非金属元素如硼(B)、氮(N)、硫(S)和磷(P)等。掺杂这些单元素以合成金刚石一直是国内外研究课题的热点。本文首先介绍了金刚石单晶在高温高压条件下的合成方法及其研究发展现状,随后分析了硼(B)、氮(N)、硫(S)、磷(P)等单元素掺杂对金刚石晶体生长和电学等性能的影响。同时对金刚石在半导体中的应用以及金刚石中的含氮色心进行了分析。最后展望了掺杂后金刚石的光学和电学性能研究前景,并指出进一步探索多元素共掺杂的理论和实验方法对提升掺杂金刚石的性能具有重要意义。

基于复合纳米振子系统的光学质量传感

提出了一种基于金刚石氮-空位(NV)色心-悬臂梁复合纳米机械振子系统,该系统将金刚石NV色心镶嵌在悬臂梁底部,再通过悬臂梁振动形变产生的应力与金刚石NV色心中的自旋电子相互作用实现耦合;进而利用光学泵浦-探测技术研究了该系统的相干光学特性。首先,基于该复合系统的探测吸收谱,提出了一种测量纳米机械振子频率的全光学方案,在红边带的条件下,可通过观测吸收谱中两尖峰的分裂宽度从而确定自旋与纳米机械振子的耦合强度。其次,由于金刚石NV中心电子自旋具有较长的相干时间,因此进一步基于该复合系统提出了一种室温下全光学质量传感方案。

量子自旋调控的微位移检测系统设计与测量

以氮空位(NV)色心磁强计为基础,量子自旋调控为技术手段,结合空间梯度磁场的均匀变化,实现基于固态量子自旋的高精度微位移检测。首先,通过永磁体构建均匀变化的梯度磁场,并获得梯度磁场与位移的关联关系;其次,搭建量子自旋调控系统,并通过光探测磁共振(ODMR)确定自旋共振频点,利用拉比振荡(Rabi)确定量子调控翻转周期,完成拉姆齐(Ramsey)序列参数的测定;最后,基于Ramsey磁场测量原理,完成Ramsey所对应的荧光强度与磁场梯度变化的测试,进而实现微位移的高分辨测量,位移的最小可分辨力约为104 nm。

采用磁屏蔽环结构的金刚石NV色心全光直流互感器系统

针对目前电力系统对电流互感器的精度与灵敏度提出的更高要求,提出了一种基于金刚石氮-空位(NV)色心的全光直流互感器的系统方案,系统包括光源模块、激光反馈模块、激光分束模块、一次传感探头模块、激光分频模块、光电转换模块以及信号采集和数据处理模块。对系统中的磁屏蔽环进行了结构的设计与仿真,并对仿真结果进行了实验验证。最后搭建了单通道实验验证系统,系统实测结果表明,设计的全光直流互感器在5 000 A大电流下无磁屏蔽时可以达到0.35%的测量精度,加入磁屏蔽环后测量精度提升到了0.06%,从而为基于金刚石NV色心的全光直流互感器的研制提供了参考。

基于无微波金刚石NV色心测磁技术的电流测量应用

为了在特高压(UHV)环境下使用氮-空位(NV)色心量子测量技术,研究了金刚石主轴与磁场夹角对相应曲线及电流测量精度的影响。构建金刚石氮-空位七能级超精细结构模型,根据仿真结果得到不同磁场方向下最高灵敏度范围和最佳测量范围,从而确定探头的最佳放置角度。基于无微波金刚石氮-空位技术搭建了直流大电流测量实验平台,测试了100~5000A范围内荧光电压对电流的响应曲线。实验结果表明,该平台对5000A直流电流测量误差在0.25%以内。作为无源器件,无微波金刚石氮-空位色心测磁传感器全光纤信号传输具备良好耐压性能,同时可在室温下工作,并具有结构紧凑、灵敏度高、抗电磁干扰能力强等优势,适用于特高压环境下的直流电流测量,为传统电力行业检测提供了新的检测方法。

金刚石中Ce相关缺陷的光学性质的第一性原理研究

本文利用基于密度泛函理论的第一性原理方法,运用VASP软件包对金刚石CeV2色心的光学性质进行计算。从理论上确定色心静态介电函数值为19.2。对色心折射率进行计算,确定色心的折射率为4.38;对消光系数和吸收系数进行计算,发现色心消光系数和吸收系数明显降低;对反射系数进行计算,发现色心的反射系数先高后低,结合吸收系数分析可知色心在低能区域透射率下降,高能区域透射率升高;对能量损耗系数进行计算,发现色心的能量损耗系数增大,由于能量损耗偏高,将色心于激发波长长度范围内激发具有十分重要的意义。我们从理论上验证了金刚石CeV2色心的光学性能,为后续的实验检测提供了理论基础。

金属表面裂纹的氮-空位色心漏磁检测

基于氮-空位(NV)色心对磁场的敏感特性,以含浓度1~2 ppm(百万分之一)NV色心的金刚石量子传感器为核心,微波共振扫频激发NV色心的量子自旋为基础,通过优化的共聚焦光路激发NV色心来收集反射回的含磁场信息的光信号,以3块板卡组成控制采集模块对信号进行滤波处理和可视化处理,搭建一套量子精密测量系统。采用该量子精密测量系统完成0.1~1 mm深度下和5~15 mm提离值下的金属表面裂纹检测。试验结果表明,该系统的磁场测量灵敏度达6 nT·Hz^(-1),可完成最小深度为0.1 mm和最大提离值为15 mm的金属表面裂纹检测,为金属表面裂纹的工业检测提供了一种新方式。

基于中国传统五色观的邻里中心空间设计研究——以广东方圆鹤山云山诗意邻里中心为例

中国传统五色观是中国传统色彩文化中的重要组成部分,蕴含着中国独特的审美与文化内涵。文章首先对中国传统五色观与邻里中心概念进行阐释,之后对传统五色与传统配色、材质、光线相结合进行探究,提出基于中国传统五色观的邻里中心空间设计策略,与广东方圆鹤山云山诗意邻里中心实例相结合,为未来邻里中心空间设计提供一定的借鉴与参考,并促进中国传统文化的传播与发展。

9S管理结合色系管理在消毒供应中心外来医疗器械管理中的应用

目的探讨9S管理结合色系管理在消毒供应中心外来医疗器械管理中的应用效果。方法选取2022年7月至2023年6月医院的1000个骨科手术外来医疗器械包作为研究对象。将2022年7—12月的500个外来医疗器械包作为对照组,采用传统色系管理;将2023年1—6月的500个外来医疗器械包作为观察组,采用9S管理结合色系管理。比较两组未按时送洗、反洗、湿包、指示卡漏放发生率,器械装载耗时、包装整理耗时、无菌发放耗时,以及9S管理结合色系管理实施前后护理人员对器械及植入物的认知、器械整理与封包技能考核成绩。结果观察组未按时送洗、反洗、湿包、指示卡漏放发生率低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05);观察组器械装载耗时、包装整理耗时、无菌发放耗时均短于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。实施9S管理结合色系管理后,护理人员对器械及植入物的认知、器械整理与封包技能考核成绩均高于实施前,差异有统计学意义(P<0.05)。结论实施9S管理结合色系管理后,消毒供应中心外来医疗器械的接收、清点、打包、发放流程更加标准化、规范化、科学化。

193 nm激光下不同含量Y杂质CaF_(2)晶体辐照损伤研究

氟化钙晶体的抗辐照性能是其在深紫外光刻应用中的关键性能之一,目前氟化钙晶体在193 nm激光辐照下的损伤过程尚不清楚。本文报道了193 nm激光辐照下氟化钙晶体的损伤行为及影响损伤的关键缺陷因素。通过193 nm激光辐照试验,发现晶体损伤主要表现为晶体内部产生的辐照诱导色心与表面产生的辐照诱导损伤坑。通过紫外–可见分光光度计对辐照诱导色心分析,并将不同色心吸收系数与Y杂质含量进行线性拟合。结果表明:Y离子具有与F心结构波函数发生重叠的低位轨道,两者发生轨道杂化易形成色心稳定结构;线性拟合结果表明Y离子含量与氟化钙晶体本征色心之间存在线性关系,说明Y元素是影响色心形成的关键杂质离子。实验表征了辐照诱导损伤坑的元素分布和结构缺陷。EDS结果表明损伤坑处伴随着钙元素含量上升和氟元素含量下降,证实H心扩散、F心聚集导致了辐照损伤;EBSD结果表明表面辐照损伤优先在位错处产生。因此,降低杂质含量及位错密度是提高氟化钙晶体在193 nm激光下抗辐照损伤性能的重要途径。

天然和培育金刚石品质表征与呈色分析

金刚石是集最高硬度、超宽禁带、最高热导率等优异性能于一体的典型超硬多功能材料,天然金刚石储量低且价格昂贵,其中彩色天然金刚石在自然界中产储量极其稀少且致色机制较为复杂。高温高压法是制备金刚石的有效手段,然而调控金刚石颜色获得可控的彩色金刚石,仍面临极大挑战。本文通过对粉色、绿色天然和高温高压温度梯度法制备的金刚石进行一系列拉曼、荧光、红外和可见光吸收测试,详细地研究其品质、缺陷随温度变化及致色原因,发现彩色金刚石致色与电中性的N_(2)V缺陷(H_(3))、剪切应力、塑性形变和NV^(0)/NV^(-)色心等因素相关。通过各种手段获得不同颜色的金刚石不仅是为了其欣赏及收藏价值,其颜色的调控也有助于人们对金刚石形成机制的进一步了解,为培育彩色金刚石提供新的参考。

痕量La杂质对CaF_(2)晶体γ辐照诱导色心光谱特性的影响

氟化钙晶体的抗γ射线辐照性能是其在太空应用的关键性能之一。本文报道了痕量La杂质对氟化钙晶体γ辐照诱导色心的影响。主要采用吸收光谱、电子顺磁共振(EPR)等手段对辐照前后存在不同痕量La杂质的氟化钙晶体进行研究。结果表明,辐照后的氟化钙晶体产生多个色心吸收带,且吸收带的吸收系数随辐照剂量和La杂质浓度增加而增加。EPR证实这种吸收带的形成是由氟化钙晶体中F心引起的,而La^(3+)的存在影响氟化钙晶体F心的稳定性和光谱位置,本文提出了La^(3+)与氟化钙晶体中F心存在的可能机制。

金刚石NV色心在钢丝绳缺陷检测中的应用

氮-空位(NV)色心是金刚石中的一种晶格缺陷,由于其具有优异的自旋性质和光学性质,在量子精密测量领域受到广泛关注。利用金刚石的高灵敏度和高分辨率磁测量特性,实现灵敏且准确的钢丝绳缺陷检测。在磁场测量方面,该技术使用光学探测磁共振法测出NV色心的共振频率,从而计算出外界的磁场强度。在钢丝绳检测方面,以浓度为1.8×10^(17)~3.6×10^(17)的NV色心磁传感器为核心组成探头模块,三块高度集成的现场可编程门阵列(FPGA)板卡组成控制模块,搭建量子精密测量平台,检测钢丝绳断丝缺陷和微弱磨损缺陷。实验结果表明,该系统的磁场测量灵敏度可达6 nT/Hz,空间分辨率为200μm,可以对钢丝绳缺陷进行准确检测,为工业安全提供了新的检测方式。

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。

金刚石NV色心系综内14N核自旋测量与调控

金刚石内氮空位(NV)色心中的氮核自旋是一个原子级别磁结构,无法如同NV电子自旋一样在任意磁场下受光泵浦极化。随机指向的氮核自旋缩短了NV色心电子自旋的相干时间,限制了NV色心电子自旋的传感测量能力。通过激光、微波和射频脉冲共同作用完成NV色心中氮核自旋的磁共振测量和调控,表明其可以被调控和初始化。研究结果表明,NV色心中的14N核自旋在2.79、4.95和7.11 MHz处具有共振信号。测量得到的核自旋系综Rabi信号在11个π脉冲的脉冲宽度射频作用后仍然具有明显相干性,而电子自旋系综在7个π脉冲的脉冲宽度微波作用后已经完全退相干,表明其具有远优于NV电子自旋的相干性质。引入单个π脉冲脉冲宽度的射频信号后,14N核自旋在一个态上的布居数降低了50%。这项工作可为在基于NV色心的传感测量应用中引入核自旋调控提升传感能力提供技术支撑。

具有光致变色效应彩色陶瓷的制备与性能研究

通过高温固相反应法制备了具有光致变色效应的xNb_(2)O_(5):Er-(1-x)3YSZ彩色陶瓷,并对陶瓷样品的晶体结构、微观形貌和光学性能进行研究。结果表明:当x为30 wt.%时,陶瓷样品具有单一的Nb_(2)Zr_(6)O_(17)晶体结构,显微形貌均匀致密。在365 nm紫外光和350℃加热处理交替进行下,陶瓷表面的颜色表现出了明显的可逆变化,最高的光致变色对比度达到22.6%,且具有接近2 s的快速响应时间。通过对陶瓷样品进行循环寿命测试发现,其具有较高的可逆性和良好的循环稳定性。漫反射光谱和XPS测试结果证明了氧空位缺陷的存在,氧空位捕获受激电子形成色心以及在热扰动下释放电子的机制主导了光致变色过程。最后,构建了可能的光致变色模型,解释了光致变色过程机制。