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文檔簡介
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
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