【虹科案例】Stuttgart University的原子实验

项目背景:

       Stuttgart University物理系正在研究单一固态缺陷领域,特别关注金刚石中的氮空位 (NV) 中心,它是通过去除一个碳原子并用氮原子代替它形成的NV对。 

       NV 缺陷中心可用作原子大小的磁场传感器——实际上是一种纳米级核磁共振 (NMR) 设备,因为它可以检测 NV 的自旋与检测强度和频率的微小局部磁场的相互作用。例如,测量硬盘驱动器上微型读/写磁头的磁场强度,以便对其进行表征。纳米级 NMR 功能也可用于单个蛋白质或薄膜的结构分析,因为与正常尺寸的 NMR 不同,只需几次自旋即可测量这些小样品。

        NV 也可以用作处理量子计算中函数的量子位,通过使用两个自旋状态和它们之间的叠加。这特别令人感兴趣,因为它们在室温下具有稳定的自旋状态,这与需要超低温和超低压力的类似选项不同。几个 NV 通常在金刚石内 5nm 处产生,其深度取决于用于将氮原子注入金刚石晶格的能量。目的是能够一次植入一个,以便为量子计算创建阵列。

项目方案:任意波形发生器需求

        NV 中心通过一系列光激发脉冲以及微波和射频脉冲进行操作。这需要创建非常精确的非常短脉冲序列。选择 Spectrum 最新一代的任意波形发生器 (AWG) 之一为此提供输入,因为 Spectrum 能够对其进行修改以提供所需的 10 个输出通道(4 个模拟通道和 6 个数字通道)。 Spectrum 的模块化设计理念使公司能够通过在主板上添加一个子板来提供额外的连接,从而在标准四个通道的基础上再增加六个数字标记通道。使用的 AWG 型号是 DN2.663-04 netboxgeneratorNETBOX,它是通过以太网连接到控制 PC 的独立单元。AWG 控制 LASER、使用 IQ 调制的微波信号、射频脉冲的生成和触发数据采集设备确定自旋状态。

“由于其大量的输出通道,它有效地运行了整个实验,”正在为这项研究攻读博士学位的实验物理学家 Thomas Oeckinghaus 解释道。 “选择 Spectrum AWG 的关键因素是它的速度,因为我们的实验需要低至 10 到 20 纳秒的非常短的脉冲。在 1.25GHz 时,它可以以非常高的时间分辨率控制这些。

强大的售后支持能力

使用新设备,尤其是提供高度灵活性的设备,总是具有挑战性,但客户发现产品的支持文档非常好,这使得所有设置变得简单。只遇到了一个问题,第二天即可为新驱动程序提供了修复。“在选择新设备时,售后支持通常会在清单中被忽略,”他总结道。 “我对第二天的修复印象深刻。这让我有信心,如果我遇到问题,工厂会迅速解决问题。” 虹科Spectrum 的 AWG 的每个通道都有一个 16 位数模转换器 (DAC),可以生成精确且灵活的波形,频率范围从 DC 到 400 MHz,以模拟真实世界的信号。为了生成长而复杂的波形,AWG 具有多种操作模式,例如单次、循环、FIFO、门控和序列重放。在 FIFO 模式下,仪器可以通过 PXIe 接口将数据从 PC 内存连续传输到 AWG 的 4GB 内存。 AWG 甚至可以在将新波形数据发送到板载存储器时输出信号。

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