[发明专利]一种基于金刚石NV电子自旋的高精度无磁温控装置

说明书

一种基于金刚石NV电子自旋的高精度无磁温控装置，由实验舱、温度调控箱和冷却压缩机组成。冷却压缩机将冷液在开关阀的控制下，将冷液流入安置于温度调控箱上下两侧的两个环形冷却管中，对温度调控箱内的循环液体进行冷却，加热网安装于两个环形冷却管之间由箱体内部两侧的固定块来进行固定，使用固定于箱体内部下方的两个潜水泵对温度调控箱内部液体进行循环，并由PT100热电阻实时检测温度调控箱内部的温度；由潜水泵将调配好温度的液体经过入液管进入安置于磁屏蔽筒中的恒温实验台，恒温实验台采用无磁导热铜块组合而成，进行高效温度传递，并由安置于恒温实验台上的无磁PT100热电阻实时检测，保证了实验台的温度恒定，采用温度动态平衡提高控制精度。

技术领域

本发明属于量子无磁温控领域，涉及一种高精度无磁温控装置，更具体是涉及一种基于金刚石NV电子自旋的高精度无磁温控装置。

背景技术

随着科技的不断前进，精密磁测量已经成为了现阶段的一个研究热点。为了得到更高灵敏度的磁信息，我们需要对各个可以实现磁信息测量的工具进行研究、对比，以得到最优化的精密测量工具并应用于各研究领域中。而现阶段，为了得到高灵敏度的磁信息检测，研究者们已经将重心转移到了利用电子自旋进行的磁信息检测的研究和控制。目前针对各种类型精密磁信息测量系统中存在的使用环境要求高，系统稳定性不高等问题，开展了利用金刚石NV色心电子自旋进行磁信息测量的基础研究，期望为未来的基于NV色心电子自旋的高灵敏度原子磁强计的应用奠定基础。

目前针对于温度对金刚石NV色心电子自旋的影响的研究也在不断推进的过程中，但温度对金刚石NV色心电子自旋的研究与无磁环境分割开了，目前针对于无磁环境下温度对金刚石NV色心的研究仍有许多空白需要补充。对于无磁高精度温度调控下金刚石NV色心电子自旋的研究受到实验条件及实验设备的限制无法做到较为精准的实验。

发明内容

本发明的目的是为了实现无磁并且温度可调控条件下金刚石NV色心电子自旋的研究而设计的一个专用实验台，提供了一个进行磁屏蔽并且在不引入磁干扰的情况下对金刚石周围温度进行精准调控的实验装置。

本发明巧妙的采用了多层坡莫合金制作而成的磁屏蔽筒、无磁导热铜块和无磁PT100热电阻结合的无磁温度反馈调节机制，在磁屏蔽的条件下对温度进行感知和调节；另一方面进行温度调节采用了间接动态调温配合外置的加热与制冷机制，在避免引入磁干扰的情况下对温度进行高精度的调控，在量子实现无磁温控领域具有开创性突破。

为了达到上述目的，本发明实现目的所采用的技术方案为：

一种基于金刚石NV电子自旋的高精度无磁温控装置，包括实验舱、温度调控箱和冷却压缩机；

所述实验舱包括2个端盖，磁屏蔽筒，实验座，舱体固定架，恒温实验台，入液管和出液管；其中所述磁屏蔽筒采用两端的端盖进行封装，并安装于其下方的2个舱体固定架的环形槽中，磁屏蔽筒由多层圆柱形坡莫合金叠加而成，实验座固定于磁屏蔽筒内层中央，恒温实验台安置于实验座中心的方形槽内；恒温实验台包括2个无磁导热铜块，密封接口，密封条和无磁PT100热电阻；所述无磁导热铜块由无磁铜块加工而成，其中心有让液体流通的槽，在槽两侧留有让密封条进行密封固定的条形槽，上下两块无磁导热铜块通过螺栓进行固定并由密封条进行密封，无磁导热铜块的两端连接密封接口，并由密封接口分别连接入液管和出液管；

所述温度调控箱包括主冷却管，环形冷却管，加热网，PT100热电阻，潜水泵，开关阀和箱体；所述主冷却管与冷却压缩机相连，并由开关阀控制冷液流入两个环形冷却管，两个环形冷却管分别安装在箱体内部上下两侧，加热网固定于两个环形冷却管之间，箱体内还固定有潜水泵用于进行箱体内部的液体循环，箱体内安装的PT100热电阻保持其箱体内部液体温度恒定，箱体外一端还安装有潜水泵，用于控制箱体内液体流入入液管进行温度调控，出液管连接在箱体上。

本发明的基于热传导与热对流的高效无磁温控装置的工作方法，具体是：