光探测磁共振实验套件

光探测磁共振（ODMR）实验套件

spinEDU是独特的量子教学教学工具包，它适用于在量子领域接受培训的本科生和研究生。该实验系统能够设置、控制和读出基于金刚石NV中心的固态自旋量子比特中的量子数据。该套件允许学生在室温下探索和表征量子比特。

光探测磁共振（Optically Detected Magnetic Resonance，ODMR）是指原子、分子的光学频率的共振与射频或微波频率的磁共振同时发生的双共振现象，用ODMR 记录的是磁共振态时对光响应的变化。ODMR 具有高灵敏度和高分辨率等优势，与荧光、拉曼、圆二色性及闪光光解等实验技术有机地结合起来, 成为研究生物大分子（分子量从几千到几百万）的能态、结构与过程的有力手段。

利用金刚石氮- 空位（NV）色心作为纳米尺度的“量子探针”，结合ODMR 技术，可以实现纳米级的高空间分辨以及单电子自旋甚至是单个核自旋的超高探测灵敏度，是一种新型的微观磁共振技术。NV色心（Nitrogen-Vacancy Center）是金刚石中的一种点缺陷，由一个氮原子替代了金刚石晶格中的一个碳，邻近位置同时存在一个碳原子的空位，因此被称为氮- 空位色心。NV 色心通常具备两种电荷状态，带一个负电荷状态的NV- 和电中性状态的NV0，其中带负电荷状态的NV 色心具备优良的光探测磁共振性质（文中NV 均指NV-）。

通过脉冲式微波操控量子态，然后用激光极化NV 色心的同时通过统计荧光光子的计数来判断NV 色心当前所处的量子态，利用单自旋体系对外界环境的敏感性从而得到样品的相关属性。

结构示意图：

实验内容：

实验1- 简介

让学生熟悉物理系统（钻石中的NV）、实验设置和采集软件。

实验室2- ODMR测量

在各种磁场下进行微波扫频ODMR测量，并找到NV的共振频率。

实验室3-ODMR拉比振荡

观察和测量拉比振荡，既作为微波脉冲长度的函数，也作为微波脉冲幅度的函数。

实验4-弛豫时间

测量此装置中使用的金刚石样品中NV中心的弛豫时间（T2、T2、T1）。

实验5-动态解耦

动态解耦序列实验，如Carr-Purcell Meiboom-Gill、XY8，并测量这些序列中相干时间。

实验室6-单量子比特操作和量子态层析成像

执行单量子比特操作（布洛赫球中的旋转），并使用量子态断层扫描测量门的保真度。