本文關鍵詞：納米機械系統(tǒng)的量子光學效應及其在質量測量上的應用

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【摘要】：科學領域和工程領域的研究人員對納米機械系統(tǒng)均有著濃厚的興趣，因為該系統(tǒng)對外界的影響有著極高的敏感度，所以該系統(tǒng)在量子測量、生物技術等在各個領域都有著潛在的應用。這一固有的性質使得納米機械振子(NR)被用于超精傳感器的制作。在該傳感器發(fā)展的早期，人們用兩端固定的振子作為質量傳感器。一端固定一端懸空的懸臂梁振子被設計出來并用于制作原子力顯微鏡后，這樣的振子也被用于質量傳感器的制作。最近，腔量子電動力學（cQED）成為物理學中一個迅速成長的領域。我們考察光腔機械系統(tǒng)后可知：通過機械振動產生的聲子實現(xiàn)相干耦合是一種制備或操作機械振子量子態(tài)很有前景的方法。理論研究明確的指出局域二能級激子和納米機械振子之間的相干耦合相互作用是存在的，同時，該現(xiàn)象使產生局域二能級和機械振動的相干疊加量子態(tài)成為可能。在強的泵浦場和弱的探測場存在時，局域二能級激子與振動的納米機械振子之間的耦合類似于光腔機械系統(tǒng)中的光腔與機械震蕩之間的耦合。其中在局域二能激子代替光腔，納米機械振子代替光腔機械系統(tǒng)中的震蕩元素。類比腔量子電動力學(cQED)與電學頻率探測方法，我們做了如下工作：(1)基于泵浦探測技術，我們從理論上提出了一種探測自旋振子耦合系統(tǒng)中振子振動頻率和自旋振子耦合強度的方法，該耦合系統(tǒng)是由位于金剛石中氮空穴（NV）中心中的單電子自旋與納米機械振子耦合而成的系統(tǒng)；(2)我們從理論上研究了基于上述自旋振子耦合系統(tǒng)的質量測量方案；(3)我們基于全光技術設計了一個基于兩端固定的Z型石墨烯納米帶（GNR）的光學質量傳感器。 論文共分為五章. 在第一章中，我們介紹了納米機械系統(tǒng)的基本概念及其發(fā)展歷史。簡單介紹了納米機械系統(tǒng)的優(yōu)良特性，著重介紹了納米機械系統(tǒng)中的納米機械振子在各個領域的應用。其中詳細介紹了原子力顯微鏡的工作機理以及納米機械振子的質量測量原理。 在第二章中，我們提出了在自旋-振子耦合系統(tǒng)中測量納米機械振子振動頻率以及測量納米機械振子與電子自旋耦合強度的方法。該章表明，，對于一個給定的泵浦場與自旋比特的失諧量，納米機械振子的振動頻率可以通過探測場的吸收譜獲得。另外，當泵浦場與自旋比特的失諧量與納米機械振子振動頻率相匹配的時，我們能輕易的通過探測場吸收譜中出現(xiàn)的兩峰的劈裂寬度得到自旋-振子耦合強度。這里提出的方法有望用于基于自旋的耦合量子計算系統(tǒng)和量子信息處理系統(tǒng)。 在第三章中，我們從理論上提出了一種基于自旋-振子-粒子的復合系統(tǒng)的質量測量方案。利用探測微波場的吸收譜，我們能精確的得到附著在納米機械振子自由振動的一端的粒子的質量。由于我們考慮了粒子在振子上的附著位置對振動頻率的影響，相比傳統(tǒng)的方案，我們的測量機制所產生的誤差是更小的。本章提出的基于自旋-振子-粒子的復合系統(tǒng)以及雙光探測技術的質量測量方法相比于傳統(tǒng)的電學質量測量方法和單光質量測量方法有明顯的優(yōu)勢。 在第四章中，我們提出了一種基于Z型石墨烯納米帶振子的質量測量的理論方法。根據(jù)吸收譜中振子頻率的變化，我們能方便而精確的得到附著在Z型GNR振子的粒子的質量。由于基于GNR的傳感器有著超小的質量以及高的品質因子，該傳感器將能夠探測單個核子的質量，同時還有望提供一種直接鑒別化學元素的方法。最后，我們希望我們提出的方案能盡快被實現(xiàn)。 第五章是本文的總結和展望。
【關鍵詞】：納米機械系統(tǒng) 納米機械振子 石墨烯納米帶 二能級激子 自旋比特 耦合系統(tǒng) 質量傳感器
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TB383.1;TH113
【目錄】：

• 摘要3-6
• ABSTRACT6-10
• 目錄10-12
• 第一章 緒論12-20
• 1.1 納米機械系統(tǒng)12-17
• 1.1.1 納米機械系統(tǒng)的發(fā)展12-13
• 1.1.2 納米機械系統(tǒng)的性質13-14
• 1.1.3 納米機械系統(tǒng)中的機械振子14-17
• 1.2 本章小結17
• 參考文獻17-20
• 第二章 納米機械振子與自旋耦合系統(tǒng)中本征參數(shù)的測量20-32
• 2.1 引言20-21
• 2.2 模型與計算21-25
• 2.3 納米機械振子振動頻率的測量25-27
• 2.4 納米機械振子與自旋比特之間耦合強度的測量27-28
• 2.5 本章小結28-29
• 參考文獻29-32
• 第三章 基于納米機械振子與自旋耦合系統(tǒng)的質量測量方案32-42
• 3.1 引言32
• 3.2 模型與計算32-35
• 3.3 數(shù)據(jù)與討論35-38
• 3.4 本章小結38
• 參考文獻38-42
• 第四章 基于石墨烯納米帶量子點系統(tǒng)的質量測量方案42-52
• 4.1 引言42-43
• 4.2 模型與計算43-46
• 4.3 數(shù)據(jù)與討論46-49
• 4.4 本章小結49
• 參考文獻49-52
• 第五章 總結與展望52-54
• 5.1 總結52-53
• 5.2 展望53-54
• 附錄 A 二能級激子與納米機械振子耦合系統(tǒng)哈密頓量的旋轉變換過程54-56
• 附錄 B 二能級激子與納米機械振子耦合系統(tǒng)一階線性極化率的詳細推導56-64
• 插圖索引64-66
• 致謝66-68
• 攻讀學位期間發(fā)表的學術論文目錄68-70

【共引文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前8條

1 龔雄輝;蔣圣偉;雷宇晴;潘平;汪學方;;石墨烯諧振器的研究進展[J];微納電子技術;2014年09期

2 WANG TieJun;CAO Cong;WANG Chuan;;On the developments and applications of optical microcavities: an overview[J];Science China(Information Sciences);2013年12期

3 李秀紅;米賢武;;強耦合作用下自旋與碳納米管諧振器之間的動力學研究[J];量子電子學報;2013年06期

4 李金金;賓文;朱卡的;;基于納米機械振子的光學質譜儀[J];科學通報;2014年20期

5 CHEN HuaJun;ZHU KaDi;;All-optical scheme for detecting the possible Majorana signature based on QD and nanomechanical resonator systems[J];Science China(Physics,Mechanics & Astronomy);2015年05期

6 YIN ZhangQi;ZHAO Nan;LI TongCang;;Hybrid opto-mechanical systems with nitrogen-vacancy centers[J];Science China(Physics,Mechanics & Astronomy);2015年05期

7 FU Hao;DING JiangFang;LI Yong;CAO GengYu;;Manipulating a micro-cantilever between its optomechanical bistable states in a lever-based Fabry-Pérot cavity[J];Science China(Physics,Mechanics & Astronomy);2015年05期

8 LIU Yong-Chun;XIAO Yun-Feng;LUAN Xing-Sheng;WONG Chee Wei;;Optomechanically-induced-transparency cooling of massive mechanical resonators to the quantum ground state[J];Science China(Physics,Mechanics & Astronomy);2015年05期

本文編號：605809