本文關(guān)鍵詞：納米機(jī)械系統(tǒng)的量子光學(xué)效應(yīng)及其在質(zhì)量測(cè)量上的應(yīng)用

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【摘要】：科學(xué)領(lǐng)域和工程領(lǐng)域的研究人員對(duì)納米機(jī)械系統(tǒng)均有著濃厚的興趣，因?yàn)樵撓到y(tǒng)對(duì)外界的影響有著極高的敏感度，所以該系統(tǒng)在量子測(cè)量、生物技術(shù)等在各個(gè)領(lǐng)域都有著潛在的應(yīng)用。這一固有的性質(zhì)使得納米機(jī)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(zhì)量傳感器。一端固定一端懸空的懸臂梁振子被設(shè)計(jì)出來(lái)并用于制作原子力顯微鏡后，這樣的振子也被用于質(zhì)量傳感器的制作。最近，腔量子電動(dòng)力學(xué)（cQED）成為物理學(xué)中一個(gè)迅速成長(zhǎng)的領(lǐng)域。我們考察光腔機(jī)械系統(tǒng)后可知：通過(guò)機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生的聲子實(shí)現(xiàn)相干耦合是一種制備或操作機(jī)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(jí)激子和納米機(jī)械振子之間的相干耦合相互作用是存在的，同時(shí)，該現(xiàn)象使產(chǎn)生局域二能級(jí)和機(jī)械振動(dòng)的相干疊加量子態(tài)成為可能。在強(qiáng)的泵浦場(chǎng)和弱的探測(cè)場(chǎng)存在時(shí)，局域二能級(jí)激子與振動(dòng)的納米機(jī)械振子之間的耦合類(lèi)似于光腔機(jī)械系統(tǒng)中的光腔與機(jī)械震蕩之間的耦合。其中在局域二能激子代替光腔，納米機(jī)械振子代替光腔機(jī)械系統(tǒng)中的震蕩元素。類(lèi)比腔量子電動(dòng)力學(xué)(cQED)與電學(xué)頻率探測(cè)方法，我們做了如下工作：(1)基于泵浦探測(cè)技術(shù)，我們從理論上提出了一種探測(cè)自旋振子耦合系統(tǒng)中振子振動(dòng)頻率和自旋振子耦合強(qiáng)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(jī)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(zhì)量測(cè)量方案；(3)我們基于全光技術(shù)設(shè)計(jì)了一個(gè)基于兩端固定的Z型石墨烯納米帶（GNR）的光學(xué)質(zhì)量傳感器。 論文共分為五章. 在第一章中，我們介紹了納米機(jī)械系統(tǒng)的基本概念及其發(fā)展歷史。簡(jiǎn)單介紹了納米機(jī)械系統(tǒng)的優(yōu)良特性，著重介紹了納米機(jī)械系統(tǒng)中的納米機(jī)械振子在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。其中詳細(xì)介紹了原子力顯微鏡的工作機(jī)理以及納米機(jī)械振子的質(zhì)量測(cè)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(cè)量納米機(jī)械振子振動(dòng)頻率以及測(cè)量納米機(jī)械振子與電子自旋耦合強(qiáng)度的方法。該章表明，，對(duì)于一個(gè)給定的泵浦場(chǎng)與自旋比特的失諧量，納米機(jī)械振子的振動(dòng)頻率可以通過(guò)探測(cè)場(chǎng)的吸收譜獲得。另外，當(dāng)泵浦場(chǎng)與自旋比特的失諧量與納米機(jī)械振子振動(dòng)頻率相匹配的時(shí)，我們能輕易的通過(guò)探測(cè)場(chǎng)吸收譜中出現(xiàn)的兩峰的劈裂寬度得到自旋-振子耦合強(qiáng)度。這里提出的方法有望用于基于自旋的耦合量子計(jì)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(fù)合系統(tǒng)的質(zhì)量測(cè)量方案。利用探測(cè)微波場(chǎng)的吸收譜，我們能精確的得到附著在納米機(jī)械振子自由振動(dòng)的一端的粒子的質(zhì)量。由于我們考慮了粒子在振子上的附著位置對(duì)振動(dòng)頻率的影響，相比傳統(tǒng)的方案，我們的測(cè)量機(jī)制所產(chǎn)生的誤差是更小的。本章提出的基于自旋-振子-粒子的復(fù)合系統(tǒng)以及雙光探測(cè)技術(shù)的質(zhì)量測(cè)量方法相比于傳統(tǒng)的電學(xué)質(zhì)量測(cè)量方法和單光質(zhì)量測(cè)量方法有明顯的優(yōu)勢(shì)。 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(zhì)量測(cè)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(zhì)量。由于基于GNR的傳感器有著超小的質(zhì)量以及高的品質(zhì)因子，該傳感器將能夠探測(cè)單個(gè)核子的質(zhì)量，同時(shí)還有望提供一種直接鑒別化學(xué)元素的方法。最后，我們希望我們提出的方案能盡快被實(shí)現(xiàn)。 第五章是本文的總結(jié)和展望。
【關(guān)鍵詞】：納米機(jī)械系統(tǒng) 納米機(jī)械振子 石墨烯納米帶 二能級(jí)激子 自旋比特 耦合系統(tǒng) 質(zhì)量傳感器
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：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(jī)械系統(tǒng)12-17
• 1.1.1 納米機(jī)械系統(tǒng)的發(fā)展12-13
• 1.1.2 納米機(jī)械系統(tǒng)的性質(zhì)13-14
• 1.1.3 納米機(jī)械系統(tǒng)中的機(jī)械振子14-17
• 1.2 本章小結(jié)17
• 參考文獻(xiàn)17-20
• 第二章 納米機(jī)械振子與自旋耦合系統(tǒng)中本征參數(shù)的測(cè)量20-32
• 2.1 引言20-21
• 2.2 模型與計(jì)算21-25
• 2.3 納米機(jī)械振子振動(dòng)頻率的測(cè)量25-27
• 2.4 納米機(jī)械振子與自旋比特之間耦合強(qiáng)度的測(cè)量27-28
• 2.5 本章小結(jié)28-29
• 參考文獻(xiàn)29-32
• 第三章 基于納米機(jī)械振子與自旋耦合系統(tǒng)的質(zhì)量測(cè)量方案32-42
• 3.1 引言32
• 3.2 模型與計(jì)算32-35
• 3.3 數(shù)據(jù)與討論35-38
• 3.4 本章小結(jié)38
• 參考文獻(xiàn)38-42
• 第四章 基于石墨烯納米帶量子點(diǎn)系統(tǒng)的質(zhì)量測(cè)量方案42-52
• 4.1 引言42-43
• 4.2 模型與計(jì)算43-46
• 4.3 數(shù)據(jù)與討論46-49
• 4.4 本章小結(jié)49
• 參考文獻(xiàn)49-52
• 第五章 總結(jié)與展望52-54
• 5.1 總結(jié)52-53
• 5.2 展望53-54
• 附錄 A 二能級(jí)激子與納米機(jī)械振子耦合系統(tǒng)哈密頓量的旋轉(zhuǎn)變換過(guò)程54-56
• 附錄 B 二能級(jí)激子與納米機(jī)械振子耦合系統(tǒng)一階線(xiàn)性極化率的詳細(xì)推導(dǎo)56-64
• 插圖索引64-66
• 致謝66-68
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄68-70

【共引文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前8條

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本文編號(hào)：605809