DB34T4550-2023固態(tài)自旋量子磁力測(cè)量技術(shù)性能表征

ICS33.100.01CCSICS33.100.01CCSL06安 徽 省 地 方 標(biāo) 準(zhǔn)DB34/T4550—2023固態(tài)自旋量子磁力測(cè)量技術(shù)性能表征Characterizationofsolidstatespinquantummagneticmeasurementtechnology20232023100720231107安徽省市場(chǎng)監(jiān)督管理局發(fā)布前 言本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請(qǐng)注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識(shí)別專利的責(zé)任。本文件由安徽省國盛量子科技有限公司提出。本文件由安徽省市場(chǎng)監(jiān)督管理局歸口。本文件起草單位：安徽省國盛量子科技有限公司、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)。固態(tài)自旋量子磁力測(cè)量技術(shù)性能表征范圍本文件界定了固態(tài)自旋量子磁力測(cè)量技術(shù)的性能表征，涵蓋基于此技術(shù)的固態(tài)自旋量子磁力測(cè)量裝置（以下簡稱“量子磁力測(cè)量裝置”）的性能表征、表征值的測(cè)試方法。本文件適用于基于固態(tài)自旋量子磁力測(cè)量技術(shù)的磁場(chǎng)測(cè)量。規(guī)范性引用文件本文件沒有規(guī)范性引用文件。術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。性能表征 performancecharacterization量子測(cè)量 quantummeasurement利用量子相干、量子壓縮、量子糾纏等特性開展的高精度測(cè)量活動(dòng)。固態(tài)自旋 solidstate量子測(cè)量 quantummeasurement利用量子相干、量子壓縮、量子糾纏等特性開展的高精度測(cè)量活動(dòng)。固態(tài)自旋 solidstatespin固態(tài)材料中的電子自旋和原子核自旋。磁場(chǎng)頻率 magneticfieldfrequency檢測(cè)到的被測(cè)磁場(chǎng)周期性變化次數(shù)。帶寬 bandwidth量子磁力測(cè)量裝置進(jìn)行磁場(chǎng)測(cè)量時(shí)的頻率響應(yīng)范圍。4概述與原理概述固態(tài)自旋測(cè)量系統(tǒng)中的原子或者電子呈現(xiàn)穩(wěn)定的能級(jí)系統(tǒng)，利用激光或者射頻能夠?qū)ζ溥M(jìn)行穩(wěn)定激發(fā)與操控，是常見的一種量子系統(tǒng)。原理固態(tài)自旋量子磁力測(cè)量技術(shù)以固態(tài)自旋測(cè)量系統(tǒng)中電子自旋在外磁場(chǎng)作用下的塞曼劈裂為原理，固態(tài)自旋量子磁力測(cè)量技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)高空間分辨率、高靈敏度、高帶寬的磁場(chǎng)測(cè)量。固態(tài)自旋量子磁力測(cè)量技術(shù)原理如圖1所示。圖1固態(tài)自旋量子磁力測(cè)量技術(shù)原理注：圖中“1”和“2”分別代表兩種量子自旋態(tài)。在零磁場(chǎng)下，兩種量子自旋態(tài)處于簡并狀態(tài)；在非零磁場(chǎng)下，兩種量子自旋態(tài)發(fā)生塞曼劈裂。5指標(biāo)要求固態(tài)自旋量子磁力測(cè)量技術(shù)指標(biāo)要求見表1。表1固態(tài)自旋量子磁力測(cè)量技術(shù)原理序號(hào)指標(biāo)范圍要求單位1動(dòng)態(tài)范圍≤2×10-2T2靈敏度≤5×10-9T/√Hz3線性偏差0.001％-0.1％/4帶寬DC-104Hz6測(cè)試環(huán)境6測(cè)試環(huán)境測(cè)試環(huán)境配置6.1.1測(cè)試配置1×10-10T測(cè)試配置見圖2。圖2固態(tài)自旋量子磁力測(cè)量裝置性能測(cè)試配置6.1.2磁屏蔽裝置磁屏蔽裝置采用磁屏蔽技術(shù)對(duì)外界磁場(chǎng)實(shí)施屏蔽，產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度近似為零的空間。1×10-81×10-113×10-10T/h。高精密可調(diào)電流源高精密可調(diào)電流源場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)電流，最大輸出電流不小于1A，10-6，支持多量程電流輸出。磁場(chǎng)線圈2.5×10-2T1/5。標(biāo)準(zhǔn)磁力儀標(biāo)準(zhǔn)磁力儀其允許誤差不超過待測(cè)量子磁力測(cè)量裝置最大允許誤差絕對(duì)值的1/3，在一年內(nèi)的誤差改變量不超過其最大允許誤差。恒溫、恒濕、恒壓環(huán)境要求溫度的波動(dòng)的均方根不超過1×10-2K，濕度變化不超過1％，壓強(qiáng)變化不超過1％。7檢測(cè)方法動(dòng)態(tài)范圍7.1.1測(cè)試內(nèi)容利用高精密可調(diào)電流源及磁場(chǎng)線圈產(chǎn)生待測(cè)磁場(chǎng)，通過量子磁力測(cè)量裝置對(duì)該待測(cè)磁場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量，記錄量子磁力測(cè)量裝置測(cè)量輸出數(shù)據(jù)，繪制動(dòng)態(tài)范圍響應(yīng)曲線，得出動(dòng)態(tài)范圍。測(cè)試配置測(cè)試配置如圖2接高精密可調(diào)電流源與磁場(chǎng)線圈，通過控制高精密可調(diào)電流源驅(qū)動(dòng)線圈調(diào)節(jié)磁場(chǎng)。連接量子磁力測(cè)量裝置上位機(jī)與主機(jī)，通過上位機(jī)記錄量子磁力測(cè)量裝置輸出結(jié)果。測(cè)試步驟力儀，標(biāo)定待測(cè)磁場(chǎng)，校正量子磁力測(cè)量裝置參數(shù)。錄測(cè)量輸出結(jié)果。7.1.3.2子磁力測(cè)量裝置無響應(yīng)。臨界點(diǎn)，得出動(dòng)態(tài)范圍。靈敏度測(cè)試內(nèi)容利用高精密可調(diào)電流源及磁場(chǎng)線圈產(chǎn)生均勻待測(cè)磁場(chǎng)，通過量子磁力測(cè)量裝置對(duì)該待測(cè)磁場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量，記錄量子磁力測(cè)量裝置測(cè)量輸出數(shù)據(jù)，繪制功率譜密度曲線，得出靈敏度。測(cè)試配置測(cè)試配置如圖2接高精密可調(diào)電流源與磁場(chǎng)線圈，通過控制高精密可調(diào)電流源驅(qū)動(dòng)線圈調(diào)節(jié)磁場(chǎng)。連接量子磁力測(cè)量裝置上位機(jī)與主機(jī)，通過上位機(jī)記錄量子磁力測(cè)量裝置輸出結(jié)果。測(cè)試步驟力儀，標(biāo)定待測(cè)磁場(chǎng)，校正量子磁力測(cè)量裝置參數(shù)，設(shè)定量子磁力測(cè)量裝置采樣率和采集時(shí)間。控制高精密可調(diào)電流源，驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)線圈產(chǎn)生均勻交變磁場(chǎng)，磁場(chǎng)大小按式（1）計(jì)算：B=Bmsin(2πft) (1)式中：B——為產(chǎn)生磁場(chǎng)大小，單位為特斯拉（T）；Bm——為磁場(chǎng)幅度，單位為特斯拉（T）；f——為磁場(chǎng)頻率，單位為赫茲（Hz）；t——為時(shí)間，單位為秒（s）。錄一組測(cè)量數(shù)據(jù)。fBx，得到校正系數(shù)，校正系數(shù)按式（2）計(jì)算：α=Bx (2)Bm式中：α——為校正系數(shù)；Bx——為量子磁力測(cè)量裝置測(cè)量的磁場(chǎng)幅值，單位為特斯拉（T）；Bm——為線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)幅值，單位為特斯拉（T）。間后，記錄一組測(cè)量數(shù)據(jù)。估計(jì)和校正系數(shù)，得出靈敏度。線性偏差測(cè)試內(nèi)容利用高精密可調(diào)電流源及磁場(chǎng)線圈產(chǎn)生待測(cè)磁場(chǎng)，通過量子磁力測(cè)量裝置對(duì)該待測(cè)磁場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量，對(duì)量子磁力測(cè)量裝置測(cè)量輸出信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，得出線性偏差。測(cè)試配置測(cè)試配置如圖2接高精密可調(diào)電流源與磁場(chǎng)線圈，通過控制高精密可調(diào)電流源驅(qū)動(dòng)線圈調(diào)節(jié)磁場(chǎng)。連接量子磁力測(cè)量裝置上位機(jī)與主機(jī)，通過上位機(jī)記錄量子磁力測(cè)量裝置輸出結(jié)果。測(cè)試步驟置參數(shù)，設(shè)定量子磁力測(cè)量裝置采樣率和采集時(shí)間。磁力測(cè)量裝置的輸出數(shù)據(jù)。遞增磁場(chǎng)達(dá)到最小值，完成遞減磁場(chǎng)測(cè)量，記錄量子磁力測(cè)量裝置的輸出數(shù)據(jù)。7.3.3.27.3.3.3根據(jù)量子磁力測(cè)量裝置的輸出數(shù)據(jù)，進(jìn)行擬合，繪制擬合曲線，得出線性偏差。帶寬測(cè)試內(nèi)容利用高精密可調(diào)電流源及磁場(chǎng)線圈產(chǎn)生均勻待測(cè)磁場(chǎng)，通過量子磁力測(cè)量裝置對(duì)該待測(cè)磁場(chǎng)進(jìn)行測(cè)量，量子磁力計(jì)測(cè)量輸出信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得出帶寬。測(cè)試配置測(cè)試配置如圖2接高精密可調(diào)電流源與磁場(chǎng)線圈，通過控制高精密可調(diào)電流源驅(qū)動(dòng)線圈調(diào)節(jié)磁場(chǎng)。連接量子磁