[发明专利]载流子浓度的测量方法及系统

权利要求书

1.一种载流子浓度的测量方法，其特征在于，包括：

放置含有NV色心的金刚石与待测样品，使得金刚石中NV色心与待测样品的距离满足准静态近似的条件；

测量金刚石中NV色心的自旋弛豫速率；以及

基于金刚石中NV色心的自旋弛豫速率，并根据金刚石中NV色心自旋弛豫速率与载流子浓度的标定关系曲线得到待测样品的载流子浓度；

所述测量金刚石中NV色心的自旋弛豫速率的方法，包括：

一基本探测过程：控制声光调制器使激光打开并聚焦后照射至NV色心且保持一第一预设时间，使得NV色心的自旋态被初始化/极化到m_s＝0态；控制声光调制器使激光关闭，使NV色心的自旋态在声子和磁场的作用下弛豫到m_s＝0和m_s＝±1的混态上，该弛豫过程对应的时间为弛豫时间τ；之后继续打开激光一段时间，在该段时间内单光子计数模块打开且保持一第二预设时间探测NV色心的荧光强度；

循环上述基本探测过程；

在探测过程中扫描从NV色心极化到m_s＝0态和单光子计数模块打开之间的时间间隔τ，可得到NV色心的荧光强度随时间间隔τ的e指数衰减曲线，拟合之后就可得到NV色心的自旋弛豫速率。

2.根据权利要求1所述的测量方法，其中，所述金刚石中NV色心自旋弛豫速率与载流子浓度的标定关系曲线的获得方法如下：

利用标定样品和金刚石中NV色心进行多次测量，得到金刚石NV色心自旋弛豫速率与载流子浓度的关系曲线，并进行曲线拟合，从而得到金刚石中NV色心自旋弛豫速率与载流子浓度的标定关系曲线。

3.根据权利要求2所述的测量方法，其中，所述曲线拟合为线性拟合或者最小二乘拟合。

4.根据权利要求1所述的测量方法，其中，所述测量金刚石中NV色心的自旋弛豫速率利用NV色心自旋弛豫速率测量系统进行测量，该NV色心自旋弛豫速率测量系统，包括：

共聚焦荧光显微系统，包含：激光器、声光调制器、双色镜、显微镜物镜、长通滤光片和单光子计数模块；激光器、声光调制器和双色镜处于第一轴向，显微镜物镜、双色镜、长通滤光片和单光子计数模块处于第二轴向，第一轴向与第二轴向垂直；

调制信号产生器，与声光调制器相连，用于产生调制电信号，该调制电信号加载于声光调制器，实现声光调制器控制激光的打开与关断；

数据采集卡，统计单光子计数模块记录下的NV色心的荧光光子数；以及

计算机，与调制信号产生器、数据采集卡均相连，实现数据处理和存储。

5.根据权利要求4所述的测量方法，其中，所述NV色心自旋弛豫速率测量系统的光路如下：

激光器发出的激光经过声光调制器调制后由双色镜实现反射后进入显微镜物镜中，而后聚焦照射到待测的NV色心上，由待测的NV色心辐射出的荧光再经由显微镜物镜收集后依次透过双色镜、长通滤光片，进入单光子计数模块中。

6.根据权利要求1所述的测量方法，其中，在所述继续打开激光一段时间内，单光子计数模块打开且保持一第二预设时间探测得到NV色心的荧光强度为测量信号，在激光还处于打开状态内，关闭单光子计数模块且保持一第三时间后再次打开单光子计数模块且保持一第二预设时间进行探测得到NV色心的荧光强度为参考信号，利用测量信号处于参考信号得到归一化信号。

7.根据权利要求1或6所述的测量方法，其中，

所述第一预设时间为3μs～5μs；和/或，

所述第二预设时间为300ns；和/或，

所述基本探测过程循环10⁶次以上。

8.根据权利要求1所述的测量方法，其中，

当含有NV色心的金刚石为粉末金刚石时，将该粉末金刚石置于待测样品上或由原子力显微镜尖段附带该粉末金刚石悬于待测样品附近；和/或，

当金刚石为块状金刚石时，将待测样品置于该块状金刚石表面上；和/或，

待测样品为金属、半导体、或拓扑绝缘体材料。