| 摘要 | 第5-6页 |
| ABSTRACT | 第6-7页 |
| 主要符号对照表 | 第23-24页 |
| 第一章 绪论 | 第24-40页 |
| 1.1 核磁共振-从高磁场到超低磁场 | 第24-26页 |
| 1.2 超低场核磁共振研究现状及发展趋势 | 第26-29页 |
| 1.3 超低场核磁共振的物理实现-从经典到量子磁传感器 | 第29-37页 |
| 1.3.1 场循环技术 | 第29-30页 |
| 1.3.2 外部高品质因子谐振器技术 | 第30-32页 |
| 1.3.3 超导量子干涉仪 | 第32-33页 |
| 1.3.4 高灵敏度原子磁力计 | 第33-36页 |
| 1.3.5 NV色心磁力计 | 第36-37页 |
| 1.4 本文的主要研究内容及结构 | 第37-40页 |
| 第二章 超低场核磁共振 | 第40-54页 |
| 2.1 量子力学基础 | 第40-42页 |
| 2.1.1 核自旋 | 第40-41页 |
| 2.1.2 密度矩阵与观测算符 | 第41-42页 |
| 2.2 系统哈密顿量 | 第42-44页 |
| 2.2.1 核自旋内部相互作用 | 第42-44页 |
| 2.2.2 核自旋与外场相互作用 | 第44页 |
| 2.3 超低场核自旋体系的能级结构 | 第44-47页 |
| 2.3.1 AX_n自旋体系:零磁场情况 | 第45-46页 |
| 2.3.2 AX_n自旋体系:近零磁场情况 | 第46-47页 |
| 2.4 核自旋体系的量子初态 | 第47-51页 |
| 2.4.1 热平衡态 | 第47-49页 |
| 2.4.2 瞬态和绝热态 | 第49-51页 |
| 2.5 核自旋体系的演化 | 第51-52页 |
| 2.5.1 直流脉冲激发 | 第51-52页 |
| 2.5.2 核自旋体系的自由演化 | 第52页 |
| 2.6 本章小结 | 第52-54页 |
| 第三章 高灵敏度原子磁力计—新型量子磁传感器 | 第54-82页 |
| 3.1 碱金属原子及其性质 | 第54-60页 |
| 3.1.1 碱金属原子的能级结构 | 第55-56页 |
| 3.1.2 碱金属原子的弛豫机制 | 第56-58页 |
| 3.1.3 碱金属原子的自旋交换效应 | 第58-60页 |
| 3.2 光与碱金属原子的相互作用 | 第60-69页 |
| 3.2.1 光泵浦 | 第60-63页 |
| 3.2.2 光探测 | 第63-67页 |
| 3.2.3 光吸收 | 第67-68页 |
| 3.2.4 光频移 | 第68-69页 |
| 3.3 无自旋交换弛豫原子磁力计的基本原理 | 第69-72页 |
| 3.3.1 准静态响应 | 第71-72页 |
| 3.3.2 动态响应 | 第72页 |
| 3.4 无自旋交换弛豫原子磁力计的设计与搭建 | 第72-76页 |
| 3.4.1 原子气体室的设计与加工 | 第72-74页 |
| 3.4.2 无磁加热系统 | 第74-75页 |
| 3.4.3 磁场屏蔽以及线圈补偿 | 第75-76页 |
| 3.5 无自旋交换弛豫磁力计的实验参数测量 | 第76-80页 |
| 3.5.1 弛豫时间测量 | 第76-79页 |
| 3.5.2 灵敏度测试 | 第79-80页 |
| 3.6 本章小结 | 第80-82页 |
| 第四章 超低场核磁共振谱仪的设计与搭建 | 第82-102页 |
| 4.1 超低场核磁共振谱仪硬件 | 第82-89页 |
| 4.1.1 谱仪的探头 | 第82-84页 |
| 4.1.2 预极化 | 第84-85页 |
| 4.1.3 样品输运结构 | 第85-86页 |
| 4.1.4 脉冲系统及其标定 | 第86-89页 |
| 4.2 超低场核磁共振谱学 | 第89-93页 |
| 4.2.1 纯J-耦合谱 | 第90-91页 |
| 4.2.2 近零场谱 | 第91-93页 |
| 4.3 原子梯度磁力计的设计与搭建 | 第93-100页 |
| 4.3.1 原子梯度磁力计的结构设计 | 第94页 |
| 4.3.2 原子梯度磁力计的灵敏度和共模抑制比 | 第94-97页 |
| 4.3.3 核磁共振梯度探测 | 第97-100页 |
| 4.4 本章小结 | 第100-102页 |
| 第五章 超低场核磁共振的高分辨率谱学 | 第102-118页 |
| 5.1 超低场塞曼效应的实验发现 | 第102-104页 |
| 5.2 基于核自旋的磁场精密测量 | 第104-109页 |
| 5.2.1 基于超低场核磁共振的标量磁力计 | 第105-108页 |
| 5.2.2 基于超低场核磁共振的矢量磁力计 | 第108-109页 |
| 5.3 超低场非对称谱的理论与实验研究 | 第109-116页 |
| 5.3.1 非对称谱的实验结果 | 第109-111页 |
| 5.3.2 原子磁力计的动态响应 | 第111-114页 |
| 5.3.3 非对称谱的理论解释 | 第114-115页 |
| 5.3.4 非对称谱的应用 | 第115-116页 |
| 5.4 本章小结 | 第116-118页 |
| 第六章 超低场核磁共振的量子控制 | 第118-138页 |
| 6.1 零磁场下核自旋体系的可控性 | 第118-120页 |
| 6.2 零场下核自旋体系的普适量子控制 | 第120-124页 |
| 6.2.1 普适量子逻辑门组 | 第120-121页 |
| 6.2.2 零场下单自旋的选择性操控 | 第121-123页 |
| 6.2.3 两自旋的CNOT门量子操控 | 第123-124页 |
| 6.3 核自旋体系的最优控制 | 第124-129页 |
| 6.3.1 梯度上升算法 | 第124-126页 |
| 6.3.2 实际例子 | 第126-128页 |
| 6.3.3 鲁棒性测试 | 第128-129页 |
| 6.4 量子态层析技术 | 第129-132页 |
| 6.5 单自旋量子控制保真度的基准测试 | 第132-133页 |
| 6.6 CNOT门的保真度评估 | 第133-135页 |
| 6.7 本章小结 | 第135-138页 |
| 第七章 超极化氙气体平台搭建及其应用 | 第138-150页 |
| 7.1 超极化氙气体及其实验平台搭建 | 第138-142页 |
| 7.1.1 超极化氙气体核磁共振 | 第139-140页 |
| 7.1.2 自旋交换泵浦与费米接触探测 | 第140-142页 |
| 7.2 新型弗洛凯态微波激射器 | 第142-147页 |
| 7.2.1 弗洛凯态能级理论推导 | 第142-144页 |
| 7.2.2 弗洛凯态微波激射器原理 | 第144页 |
| 7.2.3 弗洛凯态微波激射器的实验实现 | 第144-145页 |
| 7.2.4 超高分辨率弗洛凯谱 | 第145-147页 |
| 7.2.5 超低频磁场精密测量 | 第147页 |
| 7.3 本章小结 | 第147-150页 |
| 第八章 总结与展望 | 第150-156页 |
| 8.1 高灵敏度高分辨率的物质探索技术 | 第150-151页 |
| 8.2 为前沿物理探索提供“桌面式”平台 | 第151-153页 |
| 8.3 为交叉学科提供高灵敏度磁场探测 | 第153-156页 |
| 参考文献 | 第156-166页 |
| 附录A 自旋算符相关计算 | 第166-170页 |
| A.1 符号定义 | 第166页 |
| A.2 笛卡尔坐标和球坐标的转换关系 | 第166-170页 |
| 附录B 常见化学样品的超低场核磁共振谱 | 第170-174页 |
| B.1 单自旋液态样品 | 第170-171页 |
| B.2 两个异核自旋液态样品~(13)C标记的甲酸(~(13)C-formic acid) | 第171页 |
| B.3 四个自旋液态样品~(13)C标记的甲醇(~(13)C-methanol) | 第171-172页 |
| B.4 四个自旋液态样品~(13)C标记的乙酸(~(13)C-2-acetic acid) | 第172-174页 |
| 致谢 | 第174-176页 |
| 个人简历、在读期间发表的学术论文与取得的研究成果 | 第176-177页 |
