[发明专利]排列基态自旋能级的方法

说明书

一种排列基态自旋能级的方法，该方法包括：对待测样品进行扫场回波测试，获得一组电子顺磁共振谱线；对待测样品进行脉冲电子‑核自旋双共振测试，判断是否能够测出核磁共振跃迁；如果能够测出核磁共振跃迁，则得到核磁共振谱线，对得到的核磁共振谱线进行分组，确定核磁共振谱线所对应的核自旋能级量子数，对两条谱线进行标定，这两条谱线为采用脉冲电子‑核自旋双共振测试所得到的核自旋量子数相同的两条谱线，标定两条谱线的电子自旋能级量子数；如果不能够测出核磁共振跃迁，则采用电子‑核自旋双共振序列进行探测，获取采用脉冲电子‑核自旋双共振测试无法测出的跃迁频率。本发明提出的方法基于能级结构的特性，具有简单、普适性强的特点。

技术领域

本发明涉及核磁共振和电子顺磁共振技术领域，尤其涉及一种刻画电子与原子核耦合体系能级结构的方法。

背景技术

固体中的电子自旋和原子核自旋在量子信息技术中有着广泛的应用价值。前者与电磁场有高的耦合强度，从而可以实现较高的操纵速度，后者具有很长的相干时间。对前者的量子调控可以由电子顺磁共振技术实现，对后者的调控可以由核磁共振技术实现。当两种自旋相互耦合时，任意量子态可以在两者之间相互传递，从而使两者的优点能够结合起来。另外，此时电子自旋跃迁的极化水平可以由核磁共振的射频脉冲改变，使得电子自旋可以作当作核磁共振信号的探测器，即可以实现比普通的核磁共振技术更高的分辨率。这就是所谓的电子-核自旋双共振技术。使用这一技术，可以探测到与所选择的电子顺磁共振跃迁具有公共能级，且满足跃迁选择定则的核自旋跃迁的核磁共振信号。如果希望将一个电子-原子核自旋耦合的体系应用在量子信息技术当中，一个前提条件就是该体系的能级排列已知。从这个角度来看，传统的电子-核自旋双共振技术存在两个缺陷：

(1)传统的电子-核自旋双共振技术难以分辨属于不同电子自旋态的核磁共振信号；

存在困难。传统上解决这一问题有两个方法，一个是通过经重构的自旋哈密顿量反推能级，一个是使用光谱烧孔技术。前者以不同强度和方向的磁场下的电子顺磁共振谱图为基础，先将电子-和自旋耦合体系的自旋哈密顿量拟合出来；再用这个哈密顿量去计算特定磁场下的能级分布。这一做法较为繁琐，当谱线较宽时操作难度很大，且对于各项异性较高的样品容易失准。后一种方法需要光学跃迁的辅助，并且由于固态体系的光谱普遍较宽，推断能级的过程往往极其复杂。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的在于提出一种基于深低温电子-核自旋双共振技术排列基态自旋能级的方法，以解决传统的电子-核自旋双共振技术难以分辨属于不同电子自旋态的核磁共振信号、最多只能探测到四条核磁共振谱的问题。

(二)技术方案

一种排列基态自旋能级的方法，该方法包括：

对待测样品进行扫场回波测试，获得一组电子顺磁共振谱线；

将获取的电子顺磁共振谱线中的一个共振磁场作为样品所在的环境磁场，对待测样品进行脉冲电子-核自旋双共振测试，判断是否能够测出核磁共振跃迁；

如果能够测出核磁共振跃迁，则得到核磁共振谱线，对得到的核磁共振谱线进行分组，确定核磁共振谱线所对应的核自旋能级量子数；对两条谱线进行标定，这两条谱线为采用脉冲电子-核自旋双共振测试所得到的核自旋量子数相同的两条谱线，标定两条谱线的电子自旋能级量子数，结束本流程；

如果不能够测出核磁共振跃迁，则采用电子-核自旋双共振序列进行探测，获取采用脉冲电子-核自旋双共振测试无法测出的跃迁频率。

上述方案中，对两条谱线进行标定，这两条谱线为采用脉冲电子-核自旋双共振测试所得到的核自旋量子数相同的两条谱线，标定两条谱线的电子自旋能级量子数，包括：

对待测样品进行深低温处理，即在远低于电子等效塞曼温度的温度下使电子自旋处于极化状态；