郑州大学物理学院在基于金刚石氮空位色心的室温腔量子电动力学效应研究方面取得进展

关键词 郑州大学 , 金刚石|2022-07-08 11:19:33|来源 中国超硬材料网
摘要 ​近日,郑州大学物理学院材料物理研究所金刚石光电材料与器件团队在国际知名物理期刊《PhysicalReviewLetters》上报道了题为“CavityQuantumEle...

近日,郑州大学物理学院材料物理研究所金刚石光电材料与器件团队在国际知名物理期刊《Physical Review Letters》上报道了题为“Cavity Quantum Electrodynamics Effects with Nitrogen Vacancy Center Spins Coupled to Room Temperature Microwave Resonators”的理论工作,提出光致自旋冷却可抵消氮空位色心自旋的自旋-晶格弛豫,预言了实现室温腔量子电动力学效应的可能性,且部分预言已被实验证实。郑州大学物理学院青年教师张元副教授为第一作者和通讯作者,2019级硕士研究生吴琦隆为共同第一作者,郑州大学物理学院单崇新教授和丹麦奥胡斯大学Klaus Mølmer教授为共同通讯作者,郑州大学为第一单位。

微信截图_20220704084648.png    

       腔量子电动力学(CQED)研究光腔、微波腔等受限光场模式与原子、自旋等量子发射体间的耦合,其在量子力学基础研究、量子信息、量子传感领域具有极大的应用潜力。CQED效应包括弱耦合导致的超辐射脉冲、强耦合导致的拉比振荡和拉比劈裂,其可通过低温环境下高品质因子的微波谐振器和极化的金刚石氮空位色心(NV)自旋系综(图a上)来实现。但是,低温运行环境与NV色心作为室温固态量子比特的特性相违背,这极大地限制了CQED效应在量子传感、量子信息领域应用的探索。因此,能否实现基于NV色心系综的室温CQED效应便成为一个亟待解决的前沿科研问题。

       为解决上述问题,我们深入分析了NV色心自旋的光致初始化过程,即光探测磁共振技术的核心过程,探讨了这个过程对NV色心自旋系综量子态的影响,发现这个过程可克服自旋-晶格弛豫过程(图a下),使自旋系综在室温下仍可占据高对称性的Dicke量子态(图b插图)。处于该量子态的自旋系综可以和高品质因子的介质微波谐振器发生较强集体耦合,从而使拉比劈裂等CQED效应在室温环境下得以实现(图b)。此外,我们预测通过控制光致自旋冷却速率可实现系统弱耦合到强耦合的转变,从而可以主动地控制拉比劈裂的大小,该理论预测目前被美国陆军实验室的Donald P. Fahey等在独立实验中证实了(arXiv:2203.03462)。利用本文揭示的物理机制,我们有望在室温下实现量子存储、自激自旋回波等奇特的量子动力学过程。

       该工作得到了国家自然科学基金、河南杰出海外科学家计划中心和丹麦国家研究基金等项目的资助。

  ① 凡本网注明"来源:金刚石刀具网"的所有作品,均为河南远发信息技术有限公司合法拥有版权或有权使用的作品,未经本网授权不得转载、摘编或利用其它方式使用上述作品。已经本网授权使用作品的,应在授权范围内使用,并注明"来源:金刚石刀具网"。违反上述声明者,本网将追究其相关法律责任。
② 凡本网注明"来源:XXX(非金刚石刀具网)"的作品,均转载自其它媒体,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。
③ 如因作品内容、版权和其它问题需要同本网联系的,请在30日内进行。
※ 联系电话:0371-67667020

延伸推荐

CVD金刚石业务放量 四方达前三季度净利润增长超四成

CVD金刚石业务放量 四方达前三季度净利润增长超四成

​超硬材料行业景气度回暖背景下,行业企业四方达(300179.SZ)今年前三季度营收、净利润双增长,扣非净利润同比增长93.84%......

日期 2026-10-30   刀具新闻
河南:“十五五”将聚焦散热等金刚石应用领域 实施超硬材料省级重大项目

河南:“十五五”将聚焦散热等金刚石应用领域 实施超硬材料省级重大项目

财联社10月27日电,记者获悉,“十五五”时期,河南省将推动超硬材料产业创新能力提升。其中,将积极支持河南超硬材料企业、高校和科研院所争取承担国家重大科...

日期 2026-10-30   刀具新闻
呼和浩特:总投资10亿元人民币金刚石材料项目加速建设

呼和浩特:总投资10亿元人民币金刚石材料项目加速建设

10月15日,内蒙古呼和浩特市,激光切割机切割金刚石的多晶。位于内蒙古自治区呼和浩特市的内蒙古中启芯MPCVD金刚石材料研发及产业化项目总投资10亿元人...

日期 2026-10-23   刀具新闻
河南工业大学邹文俊——基于微图案超精密金刚石/CBN砂带研究

河南工业大学邹文俊——基于微图案超精密金刚石/CBN砂带研究

2026新材料开发与产业化论坛由河南工业大学与中国超硬材料网主办,惠丰钻石股份有限公司、湖北汇尚钻石有限公司联合主办,河南工业大学材料科学与工程学院、郑...

日期 2026-10-12   刀具新闻
郑州磨料磨具磨削研究所有限公司黎克楠——高效热管理用金刚石及其复合材料制造技术发展与挑战

郑州磨料磨具磨削研究所有限公司黎克楠——高效热管理用金刚石及其复合材料制造技术发展与挑战

2026新材料开发与产业化论坛由河南工业大学与中国超硬材料网主办,惠丰钻石股份有限公司、湖北汇尚钻石有限公司联合主办,河南工业大学材料科学与工程学院、郑...

日期 2026-10-12   刀具新闻
22万片!宁波晶钻,加码芯片热沉金刚石

22万片!宁波晶钻,加码芯片热沉金刚石

近日,宁波晶钻科技股份有限公司年产5万片芯片热沉金刚石项目完成备案。项目位于宁波市镇海区蛟川街道,总投资5200万元,为改建项目,计划2026年12月建...

日期 2026-10-12   刀具新闻
金刚石滚轮在丝杠精密磨削领域的应用范围

金刚石滚轮在丝杠精密磨削领域的应用范围

金刚石滚轮是精密传动丝杠成型磨削工序的专用超硬精密修整工装,主要配套数控螺纹磨床、丝杠专用成型磨床,用于陶瓷结合剂CBN成型砂轮的精密廓形修整。通过滚轮...

日期 2026-10-12   刀具新闻
金刚石滚轮在叶片精密磨削领域的应用范围

金刚石滚轮在叶片精密磨削领域的应用范围

金刚石滚轮为航空、燃机叶片成型磨削工序的专用精密修整工装,主要用于数控成型磨床上对CBN成型砂轮进行精密廓形修整,使砂轮复现叶片榫根及异形结构的标准理论...

日期 2026-10-12   刀具新闻
天岳先进金刚石衬底项目进入样品攻坚阶段

天岳先进金刚石衬底项目进入样品攻坚阶段

近日,天岳先进在2026年半年度业绩说明会上释放重要技术进展,公司董事长、总经理宗艳民公开透露,核心研发项目“金刚石单晶制备与衬底表面精细加工”已正式进...

日期 2026-10-12   刀具新闻
4.28亿元!哈密金刚石芯片材料项目环评拟批复

4.28亿元!哈密金刚石芯片材料项目环评拟批复

哈密市生态环境局9月18日发布公示,拟对华夏鲲鹏芯材科技(哈密)有限公司第四代大尺寸宽禁带绿色低碳半导体(金刚石)芯材材料项目(一期)作出环评批复决定。...

日期 2026-10-12   刀具新闻