一种高压磁共振探测装置制造方法及图纸

本申请公开了一种高压磁共振探测装置，所述高压磁共振探测装置利用金刚石色心结构作为探测模块的探针结构，并将所述金刚石色心制备到高压装置的金刚石结构的顶砧面上，无需占据样品腔的空间，避免了由于感应线圈或者金刚石色心结构占据样品腔空间而使得高压磁共振探测装置能够提供的压强降低的情况出现，一定程度上提升了高压磁共振探测装置能够提供的压强。

【技术实现步骤摘要】
一种高压磁共振探测装置
本申请涉及磁共振
，更具体地说，涉及一种高压磁共振探测装置。
技术介绍
物质在高压(一般数量级在1GPa的压强称为高压)条件下，其原子和分子之间的距离会减小，进而相邻电子轨道重叠增加，能级结构发生变化，会展现出许多新奇的性质。对高压下材料性质的研究，发现了许多新现象，已在数千种物质中发现了相变，如分子晶体转变为金属、非超导物质在高压下变成超导体，加深了对磁性、超导等现象的物理机制的认识，指导了新材料的研究。高压下的探测手段多种多样，包括X射线衍射，拉曼光谱，红外光谱以及磁共振技术等等。磁共振是一种应用十分广泛的探测手段，它能够提供关于待测样品的丰富的结构信息和动力学信息，但是高压磁共振探测却遇到很多困难。为了产生尽可能高的压强，一般高压装置用于装载待测样品的样品腔体积都极小，目前实验室条件下能够产生压强最高的高压装置是金刚石对顶砧装置(DiamondAnvilCell，DAC)，在压强约为40GPa时，金刚石对顶砧装置的样品区体积大约只有350pL(皮升)。对于金刚石顶砧装置而言，其产生的最大压强与金刚石顶砧面的直径有经验关系式：其中，Pmax表示金刚石顶砧装置能够产生的最大压强，单位为GPa(吉帕)；d表示金刚石顶砧面的直径，单位为mm(毫米)。传统的高压核磁共振需要感应线圈来激励待测样品并探测待测样品的磁共振信号，将感应线圈放进高压样品腔内，一方面在高压下线圈容易被金刚石顶砧切断，另一方面线圈会占据样品腔空间，以致不得不采用直径更大的金刚石顶砧来容纳线圈和样品，不利于进一步提高压强。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本申请提供了一种高压磁共振探测装置，以实现提升高压磁共振探测装置能够提供的压强的目的。为实现上述技术目的，本申请实施例提供了如下技术方案：一种高压磁共振探测装置，包括：探测模块、磁体模块、微波激励模块和光学模块；其中，所述探测模块包括用于放置待测样品的样品腔，所述探测模块用于为所述样品腔提供高压环境，所述样品腔的一侧或两侧的金刚石结构的顶砧面上具有探针结构，所述探针结构为金刚石色心结构；所述磁体模块用于提供预设磁场，以使所述金刚石色心结构在所述预设磁场作用下产生能级劈裂；所述微波激励模块用于向所述探针结构提供微波信号，以使所述金刚石色心结构在吸收所述微波信号后发生共振跃迁而产生携带所述待测样品信息的荧光信号；所述光学模块用于向所述探测模块发送探测激光，和用于接收被所述探测模块反射的探测激光和所述荧光信号。可选的，所述探测模块为金刚石对顶砧装置或两级金刚石对顶砧装置。可选的，所述金刚石对顶砧装置包括：垫片、第一金刚石结构和第二金刚石结构；其中，所述垫片包括贯穿所述垫片的通孔；所述第一金刚石结构和第二金刚石结构均包括顶砧面，所述第一金刚石结构和第二金刚石结构分别位于所述通孔的两侧，且所述第一金刚石结构和第二金刚石结构的顶砧面相对设置，以使第一金刚石结构和第二金刚石结构的顶砧面与所述垫片形成密封的样品腔；所述第一金刚石结构还包括作为所述探针结构的金刚石色心结构，所述金刚石色心结构位于所述第一金刚石结构的顶砧面表面，或位于所述第一金刚石结构距离所述顶砧面表面预设距离的内部。可选的，所述预设距离的取值范围为1nm-1μm。可选的，所述微波激励模块包括：位于所述垫片朝向所述第一金刚石结构一侧的微波激励线圈；所述微波激励线圈以所述探针结构为中线，缠绕在所述第一金刚石结构的外侧。可选的，所述光学模块包括：激光发生单元、光信号探测单元和光信号处理单元；其中，所述激光发生单元用于产生激光并向所述光信号处理单元发送；所述光信号处理单元用于将所述激光进行处理后形成探测激光向所述探测模块发送；和用于接收被所述探测模块反射的探测激光和所述荧光信号，并向所述光信号探测单元发送；所述光信号探测单元用于根据被所述探测模块反射的探测激光获取所述样品腔中的压力信息；和用于根据所述荧光信号对所述待测样品的磁共振信息。可选的，所述激光发生单元包括：第一光纤、激光器和声光调制器；所述激光器依次连接所述声光调制器、第一光纤和所述光信号处理单元；所述激光器用于产生激光；所述声光调制器用于控制所述激光的通断。可选的，所述光信号探测单元包括：光电探测器、分束器、滤波器、光谱仪和第二光纤；所述分束器与所述光电探测器、滤波器和所述光信号处理单元均连接，所述分束器与所述第二光纤的一端连接，所述第二光纤远离所述分束器一端与所述光信号处理单元连接；所述光谱仪与所述滤波器连接；所述分束器用于将被所述探测模块反射的探测激光和所述荧光信号进行分束处理，以使被所述探测模块反射的探测激光经过所述滤波器滤波后进入所述光谱仪中；使所述荧光信号进入所述光电探测器中。可选的，所述分束器与所述光电探测器、滤波器和所述光信号处理单元均连接，所述分束器与所述第二光纤的一端连接，所述第二光纤远离所述分束器一端与所述光信号处理单元连接；所述光谱仪与所述滤波器连接；所述分束器用于将被所述探测模块反射的探测激光和所述荧光信号进行分束处理，以使被所述探测模块反射的探测激光经过所述滤波器滤波后进入所述光谱仪中；使所述荧光信号进入所述光电探测器中。可选的，所述光信号处理单元包括：物镜、透镜组、双色镜和反射镜；所述物镜、透镜组、双色镜和反射镜依次排列；所述双色镜用于向所述透镜组反射所述激光，所述激光经过所述透镜组和物镜的处理后形成探测激光向所述探测模块发送；所述双色镜还用于透过被所述探测模块反射的探测激光，以使被所述探测模块反射的探测激光被所述反射镜反射后向所述光信号探测单元发送，所述光信号探测单元根据接收的反射的探测激光进行拉曼光谱分析以获取样品腔中的压强。从上述技术方案可以看出，本申请实施例提供了一种高压磁共振探测装置，所述高压磁共振探测装置利用金刚石色心结构作为探测模块的探针结构，并将所述金刚石色心制备到高压装置的金刚石结构的顶砧面上，无需占据样品腔的空间，避免了由于感应线圈或者金刚石色心结构占据样品腔空间而使得高压磁共振探测装置能够提供的压强降低的情况出现，一定程度上提升了高压磁共振探测装置能够提供的压强。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。图1为本申请的一个实施例提供的一种高压磁共振探测装置的结构示意图；图2为本申请的一个实施例提供的一种磁体模块和探测模块的结构示意图；图3为图2的局部放大结构示意图；图4为本申请的一个实施例提供的一种光学模块的结构示意图；图5为本申请的另一个实施例提供的一种光学模块的结构示意图。具体实施方式金刚石色心结构，又称为金刚石氮-空穴(NV)色心；近年来，基于金刚石色心结构的光探测磁共振(OpticalDetectedMagneticResonance，ODMR)方法被应用于量子计算和量子精密测量等领域。金刚石色心结构是存在于金刚石中的一种发光点缺陷，其结构是金刚石结构中的一个碳原子被氮原子取代，且氮原子的临近位还包括一个空穴的结构。金刚石色心结构可以做到原子尺寸大小，它可以在纳米尺度上本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高压磁共振探测装置，其特征在于，包括：探测模块、磁体模块、微波激励模块和光学模块；其中，所述探测模块包括用于放置待测样品的样品腔，所述探测模块用于为所述样品腔提供高压环境，所述样品腔的一侧或两侧的金刚石结构的顶砧面上具有探针结构，所述探针结构为金刚石色心结构；所述磁体模块用于提供预设磁场，以使所述金刚石色心结构在所述预设磁场作用下产生能级劈裂；所述微波激励模块用于向所述探针结构提供微波信号，以使所述金刚石色心结构在吸收所述微波信号后发生共振跃迁而产生携带所述待测样品信息的荧光信号；所述光学模块用于向所述探测模块发送探测激光，和用于接收被所述探测模块反射的探测激光和所述荧光信号。

【技术特征摘要】
1.一种高压磁共振探测装置，其特征在于，包括：探测模块、磁体模块、微波激励模块和光学模块；其中，所述探测模块包括用于放置待测样品的样品腔，所述探测模块用于为所述样品腔提供高压环境，所述样品腔的一侧或两侧的金刚石结构的顶砧面上具有探针结构，所述探针结构为金刚石色心结构；所述磁体模块用于提供预设磁场，以使所述金刚石色心结构在所述预设磁场作用下产生能级劈裂；所述微波激励模块用于向所述探针结构提供微波信号，以使所述金刚石色心结构在吸收所述微波信号后发生共振跃迁而产生携带所述待测样品信息的荧光信号；所述光学模块用于向所述探测模块发送探测激光，和用于接收被所述探测模块反射的探测激光和所述荧光信号。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述探测模块为金刚石对顶砧装置或两级金刚石对顶砧装置。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述金刚石对顶砧装置包括：垫片、第一金刚石结构和第二金刚石结构；其中，所述垫片包括贯穿所述垫片的通孔；所述第一金刚石结构和第二金刚石结构均包括顶砧面，所述第一金刚石结构和第二金刚石结构分别位于所述通孔的两侧，且所述第一金刚石结构和第二金刚石结构的顶砧面相对设置，以使第一金刚石结构和第二金刚石结构的顶砧面与所述垫片形成密封的样品腔；所述第一金刚石结构还包括作为所述探针结构的金刚石色心结构，所述金刚石色心结构位于所述第一金刚石结构的顶砧面表面，或位于所述第一金刚石结构距离所述顶砧面表面预设距离的内部。4.根据权利要求3所述的装置，所述预设距离的取值范围为1nm-1μm。5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述微波激励模块包括：位于所述垫片朝向所述第一金刚石结构一侧的微波激励线圈；所述微波激励线圈以所述探针结构为中线，缠绕在所述第一金刚石结构的外侧。6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光学模块...

【专利技术属性】
技术研发人员：荣星，穆世伟，谢一进，靖克，石致富，杜江峰，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34