基于金剛石氮—空位色心的動力學拓撲量子模擬
發(fā)布時間:2020-12-13 14:50
量子模擬是用一個可控的量子體系來對目標量子體系進行模仿,從而研究其運行規(guī)律。因為利用經典計算機模擬量子系統(tǒng)是困難的,所以量子模擬是研究量子體系的一個重要的研究方法。很多可控的量子體系,如超冷原子、離子阱、超導電路、液體核磁和固態(tài)自旋體系等都可以作為量子模擬器,并在凝聚態(tài)物理、高能物理、原子物理、量子化學以及宇宙學等很多領域有很多潛在應用。本文主要討論利用金剛石氮-空位色心體系來對拓撲物相進行模擬,并通過研究其非平庸的淬火動力學來研究其拓撲性質。首先介紹了金剛石NV色心的基本知識和實驗技術,以及動力學拓撲相分類的一般理論。之后進入本文的主體部分,介紹我們在自主搭建的低溫光探測磁共振平臺上完成的一系列工作,主要包括以下三個方面:1.利用基于金剛石NV色心電子自旋的單比特體系,我們在動量空間中模擬了二維反常量子霍爾效應模型。首先我們在實驗上展示了體內的非平庸拓撲與動量空間能帶反轉面上衍生的動力學自旋極化場的拓撲之間的關系,也就是動力學體面對應關系,以此進行拓撲相分類。接著我們進一步驗證這種基于動力學的拓撲相分類方法的普適性:不僅不依賴具體的淬火過程,并且適用于更高的拓撲不變量。最后我們研究了...
【文章來源】:中國科學技術大學安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】:134 頁
【學位級別】:博士
【文章目錄】:
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
1.1 本文結構
第2章 金剛石NV色心體系
2.1 金剛石NV色心體系的性質
2.1.1 對稱性匹配的波函數(shù)基矢
2.1.2 電子間庫倫相互作用
2.1.3 自旋軌道相互作用
2.1.4 自旋自旋相互作用
2.1.5 電場、應力和應變
2.1.6 磁場和超精細耦合
2.1.7 光激發(fā)下的動力學過程
2.2 低溫光探測磁共振實驗平臺
2.2.1 低溫部分
2.2.2 光學部分
2.2.3 電子學部分
2.2.4 軟件部分
2.3 金剛石NV色心實驗技術
2.3.1 激發(fā)態(tài)能級的電場調控
2.3.2 電荷態(tài)的讀出和調控
2.3.3 電子自旋態(tài)的Singleshot讀出
第3章 動力學拓撲相分類
3.1 能帶拓撲的表征
3.2 淬火動力學
3.3 動力學拓撲表征
第4章 二維陳絕緣體中的動力學體面對應關系
4.1 研究背景
4.2 用NV體系模擬二維陳絕緣體模型
4.2.1 二維量子反常霍爾模型
4.2.2 NV體系和兩能帶模型的對應
4.3 動力學體面對應關系的實驗觀測
4.3.1 探測能帶反轉面
z方向淬火觀測QAH模型中的動力學體面對應關系"> 4.3.2 沿σz方向淬火觀測QAH模型中的動力學體面對應關系
x方向淬火觀測QAH模型中的動力學體面對應關系"> 4.3.3 沿σx方向淬火觀測QAH模型中的動力學體面對應關系
4.3.4 高陳數(shù)下的動力學體面對應關系
4.4 退相干對實驗結果的影響
4.5 小結
第5章 三維手性拓撲絕緣體的量子模擬
5.1 研究背景
5.1.1 三維手性拓撲絕緣體
5.2 用NV體系模擬三維手性拓撲絕緣體模型
5.2.1 淬火后動力學
5.2.2 深淬火和淺淬火
5.2.3 自旋極化的讀出及其時間平均
5.3 動力學體面對應關系的實驗觀測
5.3.1 能帶反轉面的動力學探測
5.3.2 衍生動力學自旋極化場的探測
5.3.3 通過動力學體面對應關系表征拓撲相
5.3.4 三維手性拓撲相的對稱保護
5.4 拓撲荷的實驗觀測
5.4.1 拓撲荷的動力學探測
5.4.2 衍生動力學拓撲轉變
5.5 退相干對結果的影響
5.6 小結
第6章 朝向多比特量子模擬
6.1 弱耦合核自旋探測
6.2 核自旋輔助的Singleshot讀出
6.3 基于自旋電荷轉化的Singleshot讀出
6.4 小結和展望
第7章 總結與展望
參考文獻
致謝
在讀期間發(fā)表的學術論文與取得的研究成果
【參考文獻】:
期刊論文
[1]Dynamical classification of topological quantum phases[J]. Lin Zhang,Long Zhang,Sen Niu,Xiong-Jun Liu. Science Bulletin. 2018(21)
本文編號:2914721
【文章來源】:中國科學技術大學安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章頁數(shù)】:134 頁
【學位級別】:博士
【文章目錄】:
摘要
ABSTRACT
第1章 緒論
1.1 本文結構
第2章 金剛石NV色心體系
2.1 金剛石NV色心體系的性質
2.1.1 對稱性匹配的波函數(shù)基矢
2.1.2 電子間庫倫相互作用
2.1.3 自旋軌道相互作用
2.1.4 自旋自旋相互作用
2.1.5 電場、應力和應變
2.1.6 磁場和超精細耦合
2.1.7 光激發(fā)下的動力學過程
2.2 低溫光探測磁共振實驗平臺
2.2.1 低溫部分
2.2.2 光學部分
2.2.3 電子學部分
2.2.4 軟件部分
2.3 金剛石NV色心實驗技術
2.3.1 激發(fā)態(tài)能級的電場調控
2.3.2 電荷態(tài)的讀出和調控
2.3.3 電子自旋態(tài)的Singleshot讀出
第3章 動力學拓撲相分類
3.1 能帶拓撲的表征
3.2 淬火動力學
3.3 動力學拓撲表征
第4章 二維陳絕緣體中的動力學體面對應關系
4.1 研究背景
4.2 用NV體系模擬二維陳絕緣體模型
4.2.1 二維量子反常霍爾模型
4.2.2 NV體系和兩能帶模型的對應
4.3 動力學體面對應關系的實驗觀測
4.3.1 探測能帶反轉面
z方向淬火觀測QAH模型中的動力學體面對應關系"> 4.3.2 沿σz方向淬火觀測QAH模型中的動力學體面對應關系
x方向淬火觀測QAH模型中的動力學體面對應關系"> 4.3.3 沿σx方向淬火觀測QAH模型中的動力學體面對應關系
4.3.4 高陳數(shù)下的動力學體面對應關系
4.4 退相干對實驗結果的影響
4.5 小結
第5章 三維手性拓撲絕緣體的量子模擬
5.1 研究背景
5.1.1 三維手性拓撲絕緣體
5.2 用NV體系模擬三維手性拓撲絕緣體模型
5.2.1 淬火后動力學
5.2.2 深淬火和淺淬火
5.2.3 自旋極化的讀出及其時間平均
5.3 動力學體面對應關系的實驗觀測
5.3.1 能帶反轉面的動力學探測
5.3.2 衍生動力學自旋極化場的探測
5.3.3 通過動力學體面對應關系表征拓撲相
5.3.4 三維手性拓撲相的對稱保護
5.4 拓撲荷的實驗觀測
5.4.1 拓撲荷的動力學探測
5.4.2 衍生動力學拓撲轉變
5.5 退相干對結果的影響
5.6 小結
第6章 朝向多比特量子模擬
6.1 弱耦合核自旋探測
6.2 核自旋輔助的Singleshot讀出
6.3 基于自旋電荷轉化的Singleshot讀出
6.4 小結和展望
第7章 總結與展望
參考文獻
致謝
在讀期間發(fā)表的學術論文與取得的研究成果
【參考文獻】:
期刊論文
[1]Dynamical classification of topological quantum phases[J]. Lin Zhang,Long Zhang,Sen Niu,Xiong-Jun Liu. Science Bulletin. 2018(21)
本文編號:2914721
本文鏈接:http://www.sikaile.net/shoufeilunwen/jckxbs/2914721.html
最近更新
教材專著