【摘要】：磁共振技術(shù)發(fā)展至今已經(jīng)有八十多年的歷史,它能夠快速無傷地提供待測物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和動力學(xué)信息,不僅可以用來研究物質(zhì)的晶體結(jié)構(gòu)、電子結(jié)構(gòu)以及相的鑒別追蹤,還在化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)、生物大分子的結(jié)構(gòu)以及動力學(xué)研究等多個方向有重要應(yīng)用。隨著高壓技術(shù)的發(fā)展,以金剛石對頂砧(Diamond Anvil Cell,DAC)為代表的高壓裝置使得數(shù)百吉帕的高壓成為現(xiàn)實,物質(zhì)在高壓下的性質(zhì)隨之受到了廣泛關(guān)注。高壓可以改變物質(zhì)原子或分子之間的距離,使其相鄰電子軌道重疊增加,進而改變物質(zhì)的能級結(jié)構(gòu),使得物質(zhì)在高壓下會發(fā)生結(jié)構(gòu)相變、電子相變。利用磁共振手段來研究物質(zhì)在高壓下的性質(zhì)可以幫助我們了解高壓現(xiàn)象的本質(zhì),揭示新規(guī)律、發(fā)現(xiàn)新材料,推動高壓物理的發(fā)展。傳統(tǒng)的核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance,NMR)采用感應(yīng)線圈的探測方式,需要使得感應(yīng)線圈盡可能靠近樣品以保證較高的靈敏度,受限于金剛石對頂砧高壓裝置的樣品區(qū)體積較小,這種探測方式在應(yīng)用到高壓條件下遇到了很大的困難。將感應(yīng)線圈放置到高壓樣品腔內(nèi)會進一步減小樣品區(qū)體積,從而導(dǎo)致核磁實驗的信噪比較低;使用尺寸更大的金剛石對頂砧可以增大樣品區(qū)體積,但會限制裝置實現(xiàn)更高的壓強�；诘�-空位(Nitrogen-Vacancy,NV)色心的光探測磁共振(Optical Detected Magnetic Resonance,ODMR)具有光學(xué)極化讀出的優(yōu)點,通過將NV色心制備到金剛石對頂砧淺表處可以實現(xiàn)更高壓強下的高壓磁共振。本文設(shè)計了一種基于金剛石NV色心的高壓磁共振裝置,裝置的壓強上限可達30 GPa,通過制備到金剛石對頂砧淺表處的NV色心實現(xiàn)高壓下的磁共振探測。本文給出了基于NV色心的高壓磁共振裝置的設(shè)計方案,討論了裝置的探頭、激勵線圈、探測光路以及磁鐵的設(shè)計思路和參數(shù)選擇,對NV色心熒光收集光路的收集效率進行了仿真,最后通過計算得到裝置的靈敏度約為40.9pT/(?),驗證裝置設(shè)計方案的可行性。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：O482.531

【參考文獻】

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本文編號：2793693