近些年來,量子信息技術(shù)作為新興技術(shù)發(fā)展迅猛,對于能充分應(yīng)用于量子計算、量子傳感、量子通信的金剛石缺陷色心的研究也日益增多。金剛石色心的線寬較窄,不同金剛石色心的熒光波長也大不相同。通過實驗測得的金剛石色心擁有較短的激發(fā)態(tài)壽命,光學(xué)特性穩(wěn)定,尺寸微小,與生物具有高相容性,已成功應(yīng)用于量子保密通訊、量子高靈敏度測量等方面。為了最大限度地開發(fā)和利用金剛石色心,尋找新的符合優(yōu)質(zhì)量子信息技術(shù)應(yīng)用的金剛石色心以及開發(fā)金剛石色心的電子結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)尤為重要。金剛石色心的研究為量子信息技術(shù)的應(yīng)用提供了基礎(chǔ)支撐,研究金剛石色心成為了量子信息技術(shù)的一項重要突破。本文采用第一性原理計算方法,研究了金剛石鍺空位缺陷的結(jié)構(gòu)及其電子結(jié)構(gòu)、光學(xué)性質(zhì)。建立了鍺原子位于替代位和雙空位中心的結(jié)構(gòu)模型,明確其穩(wěn)定結(jié)構(gòu)為鍺原子位于雙空位中心。對穩(wěn)定結(jié)構(gòu)進行電荷密度、差分電荷密度分析,結(jié)果表明鍺原子穩(wěn)定存在于體系內(nèi)部,并且鍺原子與金剛石內(nèi)部近鄰的六個碳原子成鍵。分析金剛石鍺空位色心的能帶和能級結(jié)構(gòu),可知金剛石鍺色心的能帶結(jié)構(gòu)為P型半導(dǎo)體,并且發(fā)現(xiàn)了在P型半導(dǎo)體中,同主族摻雜會導(dǎo)致雜質(zhì)能帶下沉至價帶。金剛石鍺空位色心為三能級結(jié)構(gòu)... 

【文章來源】：內(nèi)蒙古科技大學(xué)內(nèi)蒙古自治區(qū)

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖１．１我國光量子計算機的組成［７］??１．?１．?２單光子源及其產(chǎn)生方法??

?內(nèi)蒙古科技大學(xué)碩士學(xué)位論文???峰的吸收系數(shù)約為１２．３ｃｍ－１。在微米波長以上的范圍內(nèi)光學(xué)透過率可達(dá)到７０％??以上。因此綜合考慮以上性質(zhì)，在光學(xué)應(yīng)用的器件材料中，金剛石由于其優(yōu)異的??光學(xué)性能成為此方面選擇的最佳材料［２１，２２］。??Ｑ?Ａ???龜??應(yīng)齡??（ａ）?（ｂ）??圖１．２金剛石結(jié)構(gòu)？?（ａ）晶體結(jié)構(gòu)（ｂ）晶胞結(jié)構(gòu)??如今，金剛石的光學(xué)性能得到了很大的發(fā)展，目前己經(jīng)制備出了在可見光至??微米波范圍內(nèi)光透過率達(dá)到７０％以上的ＣＶＤ金剛石膜，與天然金剛石相同。因??此髙質(zhì)量光學(xué)級化學(xué)氣相沉積金剛石膜己在眾多領(lǐng)域，在軍事方面的應(yīng)用也尤為??突出。例如在航空航天方面，ＣＶＤ金剛石膜可運用到導(dǎo)彈頭罩，航天器窗口和??大功率激光器窗口等等。但與天然金剛石相比，化學(xué)氣相沉積金剛石也存在一定??的差異，例如ＣＶＤ金剛石與天然金剛石的光吸收峰的位置和形狀有略微差異，??這與ＣＶＤ金剛石膜的制備過程中所用氣源比例有關(guān)［２３］。??金剛石區(qū)別于其它材料，其禁帶較寬。當(dāng)缺陷形成時，缺陷能級位于金剛石??較寬的禁帶中，這樣在激發(fā)后，缺陷發(fā)光就會直接發(fā)射出來。金剛石寬禁帶中由??于缺陷激發(fā)而形成的誘導(dǎo)發(fā)光色心，稱為金剛石的色心。金剛石的色心中存在缺??陷的分立能級，這些分立能級能夠單獨呈現(xiàn)光的顏色，將這些單獨的光的顏色應(yīng)??用于光量子計算以及光量子信息方面，都有較為符合的應(yīng)用領(lǐng)域。金剛石成鍵為??共價鍵，其整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，這在很大程度上保證了摻雜后能夠形成穩(wěn)定的缺陷結(jié)??構(gòu)，在結(jié)構(gòu)穩(wěn)定下，缺陷形成的色心光學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，熒光壽命較長，能夠很好地??應(yīng)用于高靈敏度測量方面。此外，由于金剛石無毒，其在生物內(nèi)部有很髙的

胞層面的髙靈敏度測??溫。這實現(xiàn)了納米尺度的超高靈敏度溫度測量。早在幾年前，Ｐａｒｋ等人就基于納??米金剛石中氮空位色心的獨有的自旋態(tài)，進行了納米級細(xì)胞水平的溫度測量，這??項研宄打開了溫度測量的新尺度要求［３７］。納米金剛石色心基于金剛石良好的生物??兼容性，能夠?qū)崿F(xiàn)熒光標(biāo)記、靶向傳輸?shù)瘸暗膽?yīng)用，這將為生物、化學(xué)等領(lǐng)域??解決很多未解的難題。??１．?２．?３常見的金剛石色心??目前為止，對氮空位（ＮＶ）色心的研究甚廣，以至于它成為應(yīng)用最廣的色??心。金剛石ＮＶ色心的結(jié)構(gòu)＿如圖１．３所示。二十世紀(jì)末期，德國科學(xué)家首次測??得金剛石氮空位色心［３８］，時至今日，由于金剛石ＮＶ色心穩(wěn)定的光學(xué)特性，無毒，??與生物的髙相容性、尺寸微小等特性，ＮＶ色心已經(jīng)在諸如量子計算［３９］、量子精??密測量＿、生物熒光標(biāo)記？、超分辨成像？等領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。??疆??圖１．?３金剛石ＮＶ色心??金剛石ＮＶ色心是一個氮原子（Ｎ）替代一個碳原子，同時氮原子與周圍的??一個碳空位（Ｖ）相連，最終構(gòu)成的晶體點缺陷。天然金剛石中存在ＮＶ色心［４１］，??但大多數(shù)都為實驗制備。實驗制備一般有兩種方法，離子注入法和化學(xué)氣相沉積??７??

【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于金剛石體系中氮-空位色心的固態(tài)量子傳感[J]. 董楊,杜博,張少春,陳向東,孫方穩(wěn).  物理學(xué)報. 2018(16)
[2]不同濃度C摻雜SnO2的第一性原理計算[J]. 彭彩云,雷博程,夏桐,徐明杰,王艷輝,張麗麗,黃以能.  原子與分子物理學(xué)報. 2018(03)
[3]量子信息技術(shù)縱覽[J]. 周正威,陳巍,孫方穩(wěn),項國勇,李傳鋒.  科學(xué)通報. 2012(17)
[4]CVD金剛石薄膜技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及展望（上）[J]. 楊德威,栗正新,苑執(zhí)中.  超硬材料工程. 2012(02)
[5]金剛石/硅復(fù)合膜的導(dǎo)熱特性研究[J]. 吳小國,熊瑛,楊保和,李翠平,孫大智,李曉偉.  光電子.激光. 2007(08)
[6]直流等離子體CVD金剛石薄膜微觀結(jié)構(gòu)分析[J]. 李多生,左敦穩(wěn),陳榮發(fā),相炳坤,趙禮剛,王珉.  稀有金屬材料與工程. 2007(04)
[7]化學(xué)氣相沉積光學(xué)級金剛石薄膜的研究進展[J]. 熊禮威,汪建華,滿衛(wèi)東,曹菊琴.  激光與光電子學(xué)進展. 2006(07)
[8]量子計算的研究進展[J]. 周正威,黃運鋒,張永生,郭光燦.  物理學(xué)進展. 2005(04)
[9]量子點單光子源及其制備方法研究進展[J]. 王浩,廖�？�,王金東,劉頌豪.  物理學(xué)進展. 2005(04)
[10]量子計算的物理實現(xiàn)[J]. 薛飛,杜江峰,周先意,韓榮典.  物理. 2004(10)

博士論文
[1]單晶金剛石中色心的光學(xué)性質(zhì)研究[D]. 高遠(yuǎn)飛.鄭州大學(xué) 2019
[2]金剛石中NV色心的溫度特性研究[D]. 李聰叢.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2017
[3]金剛石NV色心的制備、相干性與溫度探測研究[D]. 王俊峰.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2016
[4]量子點單光子源在量子信息中的應(yīng)用及量子維度的研究[D]. 孫永南.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2016
[5]基于量子點的高品質(zhì)單光子源和相干性質(zhì)研究[D]. 魏宇佳.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2015

碩士論文
[1]MPCVD制備多層金剛石膜[D]. 陳義.武漢工程大學(xué) 2017
[2]常溫單光子源的制備與測試[D]. 張革.北京交通大學(xué) 2015
[3]高質(zhì)量光學(xué)級金剛石膜的制備與研究[D]. 羅福平.武漢工程大學(xué) 2014
[4]表面修飾對金剛石NV色心的影響及Cr基色心結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的理論研究[D]. 劉榮.華南理工大學(xué) 2013
[5]納米金剛石應(yīng)用研究[D]. 于雁武.中北大學(xué) 2006
[6]氫終止金剛石（001）表面的第一性原理研究[D]. 于洋.吉林大學(xué) 2004



本文編號：3616058