单自旋

[size=4][font=黑体]简介：量子调控研究是国家中长期科技发展战略规划的重要内容。近日，中科院物理所纳米物理与器件实验室高鸿钧研究组与谢心澄研究员及英国利物浦大学Werner A. Hofer教授合作在单分子自旋态的量子调控研究中取得新进展[/font][/size]量子调控研究是国家中长期科技发展战略规划的重要内容。近日，中科院物理所纳米物理与器件实验室高鸿钧研究组与谢心澄研究员及英国利物浦大学Werner A. Hofer教授合作在单分子自旋态的量子调控研究中取得新进展。他们发现在酞菁铁分子Kondo效应中由于分子中心铁原子在金属表面的吸附位置不同对Kondo效应产生很大影响。相关研究结果发表在9月7日出版的《物理评论快报》(Phys. Rev. Lett. 99, 106402 (2007))上。这是首次报道吸附位置对单分子Kondo效应的调控作用，为单分子自旋态的量子调控及其在量子信息中应用研究提供了新思路。 Kondo效应是指磁性杂质中的局域自旋与自由电子强关联相互作用所引起的一系列低温反常现象。近年来，扫描隧道显微镜技术的迅速发展使人们能够精确地测量单个磁性原子或分子在金属表面上的Kondo效应，而在原子尺度上探索影响Kondo效应的因素是实现单分子自旋态量子调控的关键。 物理所高鸿钧研究组利用低温扫描隧道显微镜及扫描隧道谱，在对吸附在金表面的磁性分子酞菁铁的测量中，发现了Kondo温度高于室温的Kondo效应，并发现分子中心铁原子在金表面的吸附位置对Kondo效应影响很大。他们发现酞菁铁分子在金表面存在两种吸附取向，虽然在分子中心测量的扫描隧道谱显示两种分子取向都存在Kondo效应，但是彼此却存在很大差别。这种差别主要表现在两个方面：根据Fano理论拟合的Kondo温度，以及扫描隧道谱在费米面附近的线型。第一性原理计算及实验测量表明，两种取向的分子的中心铁原子吸附在金表面的不同位置：第一种分子取向，铁原子吸附在金表面两金原子之间的桥位置；第二种分子取向，铁原子吸附在金表面金原子的正上方。他们的理论分析表明，分子中心铁原子在金表面的吸附位置不仅影响到局域自旋与自由电子耦合相互作用的强弱，而且还会影响扫描隧道谱测量中隧穿电子的通道。 近年来，高鸿钧领导的研究组对纳米功能结构材料的调控生长、机制与物性等进行了系列研究(如：Phys. Rev. Lett. 97, 246101 (2006)；97, 156105 (2006)；96, 226101 (2006)；96, 156102 (2006)；Adv. Func. Mater. 17, 770 (2007))。根据该工作观察到的吸附位置对单分子Kondo效应，他们提出了调控单分子自旋量子态的可能途径：1)通过基底上不同位置或不同基底的物理化学性质(如：Phys. Rev. Lett. 97, 156105 (2006))；2)通过调节纳米分子体系中非功能性侧链(如：Phys. Rev. Lett. 96, 226101 (2006))。这对量子调控和量子信息研究具有重要意义。 以上工作得到了国家自然科学基金委、国家科技部和中国科学院的资助。

自旋-自旋弛豫和自旋-晶格弛豫有何不同

根据照射场的强度和具体试验方法，双照射技术分为：普通自旋去偶，NOE，核间双共振，自旋挠痒等那么什么是自旋挠痒？谢谢

本人是学固体力学学科的 弹性波动理论方向,因老板要求,现在要研究关于电子自旋方面的问题,希望能有高手给予指点,我应如何着手?

[font=-apple-system, BlinkMacSystemFont, &][color=#191b1f]如果氢原子受到附近的核自旋（或一组自旋）的干扰，则观察到的氢原子核会对这种影响做出响应，并且其响应会在其共振信号中体现。这种自旋耦合通过连接键传递，并且在两个方向上起作用。[/color][/font][font=-apple-system, BlinkMacSystemFont, &][color=#191b1f]一般情况下，可以通过[/color][/font][font=-apple-system, BlinkMacSystemFont, &][color=#191b1f]n + 1规则[/color][/font][font=-apple-system, BlinkMacSystemFont, &][color=#191b1f]预测给定原子核的分裂模式，其中n是具有相邻自旋耦合核的数量。如果有2个相邻的自旋耦合核，则观察到的信号是三重态（2 + 1 = 3）；如果存在三个自旋耦合的邻居，则该信号为四重态（3 + 1 = 4）。中心线比外围的中心线强，且是帕斯卡三角形中的数字与斐波那契数列之间的关系。所以，双峰的强度为1：1或相等，三峰的强度比为1：2：1，四重峰的强度比为1：3：3：1。[/color][/font]

一般说来，两个核距离越近，自旋耦合作用越大。为什么同碳上的质子之间不产生自旋裂分？谢谢

本报记者 刘霞 综合外电http://www.stdaily.com/stdaily/pic/attachement/jpg/site2/20130614/021371223980109_change_chd36128_b.jpg用激光操控单个电子自旋模拟图http://www.stdaily.com/stdaily/pic/attachement/jpg/site2/20130614/021371223980140_change_chd36126_b.jpg 今日视点 科学家们一般认为，研究微观粒子运动规律的新兴技术——量子技术主要应用于计算、通讯和加密等领域，但据物理学家组织网近日报道，现在，科学家们利用自旋电子学（其基本理念是理解和操作电子的自旋来推动技术的发展）扩展了量子技术应用领域的新维度，使他们可以利用量子力学完成一些此前没有想到过的任务，比如用激光处理量子信息以及在纳米尺度上进行温度测量。 这两项研究都建立在对钻石内的氮晶格空位中心进行操控的基础上，都利用了这一瑕疵固有的“自旋”特性。氮晶格空位中心是钻石原子结构上的一种瑕疵，钻石晶格中的一个碳原子被一个氮原子取代，使其附近空缺出一个晶格空位，围绕氮原子旋转的自旋电子就变成一个量子比特（qubit）——量子计算机的基本单位。 这两篇文章的主要研究者、美国芝加哥大学分子工程学教授戴维·艾维萨洛姆表示：“过去20多年来，科学家们一直在研究如何隔离和控制固态内单个电子的自旋，最新研究就是基于这些研究所获得的结果。科学家们的初衷是制造出新的基于量子物理学的计算技术，但最近几年来，随着研究的不断深入，我们的关注点也在不断扩展，因为我们开始意识到，量子物理学的原理也适用于新一代的纳米传感器。” 用激光操控量子比特 艾维萨洛姆和加州大学圣巴巴拉分校（UCSB）以及德国康斯坦茨大学的6名合作者一起，研发出了一项新技术，他们在发表于5月7日美国《国家科学院学报》上的一篇论文中介绍了如何借助此项技术，只用激光就实现了对量子比特的操控，包括初始化、读取电子自旋态等。新方法不仅比传统方法更能实现统一控制，而且功能更多样，为探索新型固态量子系统打开了大门，也为科学家们朝着最终制造出性能远胜传统计算机的量子计算机开辟了新的路径。 传统计算机的基本信息单位是比特（bit），只能在0和1中选择其一；而量子比特能以多个状态同时存在，也即同时为0和1，这就使得量子计算机能够进行更复杂的操作，计算能力更强。 尽管氮晶格空位中心是一种很有前景的量子比特，过去10年来一直被广泛研究，但要用工业或生长的方法造出所需钻石却是极大的挑战。 艾维萨洛姆表示，与传统技术不同，他们研发的是一种利用激光脉冲在半导体内控制单个量子比特的全光策略，其“消除了对微波电路或电子网络的需求，仅仅用光和光子就可以做一切事情”。 作为一种全光学方法，新技术也有潜力进行升级，控制更多量子比特。另外，新方法的用途更加广泛，也可以用于探索其他物质内的量子系统，否则，这些物质很难被用来做量子设备。 基于电子自旋学的温度计 此前，科学家们也用氮晶格空位中心作为量子比特，在室温下制造出了可用于磁场和电场的传感器。现在，在发表于5月21日出版的美国《国家科学院学报》上的一篇论文中，研究人员展示了另外一种操控氮晶格空位中心的方法，并制造出了一种量子温度计。艾维萨洛姆估计，基于上述研究，他们可以研发出一款多功能的探测器。 艾维萨洛姆说：“我们能用这款探测器测量磁场、电场以及温度。或许最重要的是，因为这个探测器是一个原子尺度的瑕疵，能包含在纳米尺度的钻石粒子内，因此，它可以在一些极富挑战性的环境下工作，比如测量活体细胞或微流体电路内的温度。” 最新创新的关键是，科学家们研发出了一种控制技术操控自旋，使其能更灵敏地探测温度的变化。该研究的领导者、加州大学圣巴巴拉分校物理系研究生戴维·托尼表示：“过去几年，我们一直在探索用钻石内的这种瑕疵的自旋来制造温度计。最新技术让环境噪音的影响达到了最小，使我们能进行更加灵敏的温度测量。” 而且，科学家们可以在很大温度范围内（从室温到227摄氏度）对这种自旋电子进行操控。 艾维萨洛姆还表示，这一系统也能被用来测量生物系统内的温度梯度（自然界中气温、水温或土壤温度随陆地高度或水域及土壤深度变化而出现的阶梯式递增或递减的现象），比如活体细胞内部的温度梯度。 《科技日报》（2013-06-15 三版）

为什么只有化学不等价的质子才能显示出自旋耦合？

近日美国能源部阿尔贡先进光源（APS）实验室研究发现，一种含有重元素铱的氧化材料，受到铱5d层价态上的自旋轨道相互作用的控制，显示出非同寻常的性质。该研究成果发表在近期《物理评论快报》上。　　该研究由阿尔贡APS国家实验室、肯塔基大学、橡树岭国家实验室以及北伊利诺伊州立大学联合开展，在APS的X射线科学分部用4-ID-D光束，对一种名为三氧化钡铱的多晶体进行了X射线吸收和磁环双色探测，在铱的5d层价态分析了电子自旋、轨道角动量和自旋轨道耦合。　　研究人员本来认为，铱在5d层的电子波会和邻位有很强的重叠并“绑”在一起，再加上一个来自氧离子的强大晶体场围绕着铱离子，5d层电子的角动量和自旋轨道相互作用几乎会“被消灭掉”。这次研究却发现，5d层电子存在很大的轨道角动量，约是它们自旋角动量的3倍，由此在铱原子中形成很强的自旋轨道耦合。　　由于固体性质由其组成原子的外层价电子所决定，如由相邻原子的电子云重叠而形成的晶体场等强相互作用。但当固体中自旋轨道相互作用力起重要作用时，就会显示出有趣的性质：如在含有稀土的永磁体材料中，位于4f层的电子引起的磁性，会被材料中相邻电子5d层和6d层的价效所屏蔽。它们的自旋轨道耦合时，自旋对称被打破，将4f层的磁性运动固定到特定的晶格方向，由此产生了很强的永磁效果。　　研究人员迈克尔·万·威内达尔说：“这种新材料的基本状态不是由强晶体场作用而是由自旋轨道作用和库仑作用这种较弱的力来最终决定。”　　领导该研究的APS物理学家丹尼尔·哈斯克说，研究自旋轨道耦合具有重要意义，这种类原子行为可用于化学掺杂，破坏材料中的磁序。　　研究人员称，与砷化镓相比，弱绝缘性的三氧化钡铱自旋轨道相互作用更强，过渡金属氧化物的自旋轨道特征可能更加适于自旋控制设备。　　作为下一代自旋电子设备，自旋晶体管有着巨大的应用前景。开发自旋晶体管需要找到具有大量电子自旋轨道的新型材料。由于自旋轨道的相互作用是随着原子数量而迅速增加，含有重元素的材料成为该领域的最佳候选。　　在半导体中，自旋轨道耦合可以通过电场调节自旋累积来控制，这是开发自旋晶体管的一个很有前途的方向。比如开发自旋电子设备，基于电子自旋而不是所带的电荷，能使其功能更加强大、速度更高而且能耗更低。

请问自旋量子数是怎么计算的，和质子数、中子数有什么关系？

一原子质子数为a，中子数为b其核自旋量子数为多少？（不查表直接算）

来自荷兰Twente 大学的科学家首次在室温条件下，成功地实现了磁材料和 半导体材料之间的信息交换。自旋电子学通过电子的自旋的两个状态（up 和down） 来代表“0”和“1”，目前的问题在于如 何将自旋信息录入半导体材料中去，以实现利用 基于自旋的电子器件来处理数据，但是磁材料和 半导体之间的信息交换必须在非常低地温度下 进行。该研究成果的重要意义在于其可在室温条件下进行，以节能为主要特点的自旋电子学的实际应用又向前迈进了一大步。研究者在磁材料和半导体材料之间置入厚 度小于 1 nm 的氧化铝薄层，其厚度和质量非常关键。电流流过氧化物界面的时候，在半导体材料中引起强度和方向可控的磁化作用。研究者的下一步目标是根 据研究成果制造新型电子器件和电路。相关研究工作发表在《自然》上（Nature, 2009, 462: 491-494）。 黄健 摘译来源：http://www.universiteittwente.nl/organization/stories/doorbraak-in-spintronica-kan-leiden-tot-energiezuiniger-chips

谁能指点一下，自旋量子数I是如何得到的，它跟中子数的关系如何？例如：17O， I＝5/2 谢谢 ！

请教利用ESR谱如何计算自旋电子浓度？

在看核磁原理时，总是搞不明白原子核的质子数和中子数是怎样决定核自旋量子书的？？另外，知道核磁是可以用于检验腰椎键盘突出的，但是检验原子核自旋能级的NMR是如何做到的呢？

[em01] 请教：原子的自旋密度对反应中的成键断键有什么影响？请大虾指教！！！！谢谢！！

虽然多数NMR谱都选择I = 1/2的核进行检测，但I = 1的NMR似乎在动力学方面也有应用。所以想了解一下核自旋I = 1的NMR要怎样实现呢？

质子数为单数的原子核存在核自旋现象在一定频率和强度的磁场中能够激发核磁共振现象请问假如分子中质子数为单数时该分子是否存在自旋现象能否在磁场中产生磁共振现象？

中国科技网讯 在高精度磁感应探测、量子计算机等方面，电子自旋都发挥着重要作用。据物理学家组织网近日报道，德国康斯坦茨大学科学家从理论上研究了将电子自旋和碳纳米管量子点耦合在一起的可能性，结果显示，碳纳米管机械振动会极大影响它所捕获电子的自旋状态，而碳纳米管本身也会受到电子自旋的影响。研究人员指出，发现这种内在的强自旋—机械耦合对研究磁性与物质纳米传感器、量子计算及其他纳米应用设备具有重要意义。相关论文发表在近日出版的《物理评论快报》上。 研究人员从理论上让自旋轨道和碳纳米管量子点耦合在一起。在论文中，他们设想把一段碳纳米管悬置在一个沟槽上，让纳米管发挥声子腔的功能。而后通过一种类似于天线的形式从外部接近共振器来促发共振，将电荷和碳纳米管耦合在一起，碳纳米管由于固有的硬度而按照自身频率振动起来。通过检测其振幅，就能检测出代表耦合的理想自旋态。 该校物理系教授盖多·博卡德解释说，即使接近绝对零度（-273.15摄氏度），温度也会对系统行为造成影响。此外，系统退相干还受声子放射（一种量子化的声波放射）的影响，使自旋松弛。在原子—光量子系统中，自旋松弛就像是自发放出一个光子，但原子自发放射可以用光腔来抑制，光腔具有强耦合机制，能让光子在消失之前，在足够长的光腔中被吸收、放射许多次。 “这就是纳米机械共振的概念。”博卡德解释说，“在我们的研究中，碳纳米管作为声子腔能产生与此类似的效应。如果共振器模型与自旋反转所需的塞曼能量相共振，量子信息就会在自旋和声子之间来回转移；如果不共振，自旋量子比特的寿命就会得到延长。而后者也是量子信息处理器所要研究的。” 该研究的重要影响还在于它能提高纳米管在传感应用方面的性能。博卡德说，磁感应是以电子自旋对外部磁场的敏感度为基础的。当电子自旋和机械共振器（比如振动碳纳米管，通过对电子的限定而携带一个电荷）耦合时，可以用电学方法读取这一信号。反之，当一个小物体放在共振器上时，其共振频率会发生变化，频率变化又会影响自旋，可以通过一种自旋感应电传检测设备读取。物质感应探测就是利用了这种频率变化。 研究人员表示，他们正在考虑下一步把该研究用于量子信息处理过程，让自旋发挥量子比特作用。“量子力学的一个基本问题是它能适用于多大的物体，让该物体保持在量子叠加状态。我们知道，电子和单个原子有量子性质，而我们日常生活中的宏观物体却没有。问题是我们能在多大程度上应用量子法则。”博卡德说，“我们的研究是在单个电子自旋和一个较大物体的机械运动之间生成量子纠缠，这一结果有望在自旋读取研究、新的量子相干、自旋—自旋耦合机制等方面打开新的大门。”（常丽君） 《科技日报》（2012-05-31 二版）

另外，自旋扩散实验有什么用？刚接触NMR，很多都不懂。

最近有一个课题需要测量纯水的自旋晶格弛豫时间，不知道大家有什么建议？谢谢！

将对高温超导和量子计算机等前沿领域产生重要影响科技日报 2012年04月20日 星期五 本报讯 据物理学家组织网、《自然》网站等媒体4月18日报道，最近，一个由瑞士保罗·谢尔研究所实验物理学家和德国德累斯顿固体和材料研究所理论物理学家领导的国际研究小组通过实验发现，一个电子分裂成两个独立的准粒子：自旋子（spinon）和轨道子（orbiton）。这一结果发表在近日的《自然》杂志上。 以往人们认为电子是一种基本粒子，无法分裂为更小部分。上世纪80年代，物理学家预言，电子以原子的一维链形式存在，可以分裂成3个准粒子：空穴子携带电子电荷，自旋子携带旋转属性（一种与磁性有关的内在量子性质），轨道子携带轨道位。1996年，物理学家将电子空穴和自旋子分开，自旋和轨道这两种性质伴随着每一个电子。 然而，新实验观察到这两种性质分开了——电子衰变为两个不同部分，各自携带电子的部分属性：一个是自旋子，具有电子的旋转属性；另一个是轨道子，具有电子绕核运动的属性，但这些新粒子都无法离开它们的物质材料。 研究人员用瑞士光源（Swiss Light Source）的X射线对一种叫做Sr2CuO3的锶铜氧化物进行照射，让其中铜原子的电子跃迁到高能轨道，相应电子绕核运动的速度也就越高。他们发现，电子被X射线激发后分裂为两部分：一个是轨道子，产生轨道能量；另一个是自旋子，携带电子的自旋性及其他性质。Sr2CuO3有着特殊性质，材料中的粒子会被限制只能以一个方向运动，向前或向后。通过比较X射线照射材料前后的能量与动量的变换，可以追踪分析新生粒子的性质。 实验小组领导托斯登·施密特说：“这些实验不仅需要很强的X射线，把能量收缩在极狭窄范围，才能对铜原子的电子产生影响，还要有极高精度的X射线探测仪。” “这是首次观察到电子分成了独立的自旋子和轨道子。现在我们知道了怎样找到它们。下一步是同时产生出空穴子、自旋子和轨道子来。”理论小组领导杰罗恩·范德·布林克说，“在材料中，这些准粒子能以不同的速度、完全不同的方向运动。这是因为它们被限制在材料中时，性质就像波。当被激发时，波分裂为多个，每个携带电子的不同特征，但它们不能在材料以外独立存在。” 观察到电子分裂将对一些前沿领域产生重要影响，如高温超导和量子计算机。Sr2CuO3中的电子和铜基超导材料中的电子有着相似的性质，该研究为高温超导研究提供了一条新途径。此外，研究轨道子有助于开发量子计算机。“同时用自旋子和轨道子来编码和操控信息，这可能是未来发展的方向。”英国牛津大学物理学家安德鲁·波斯罗伊德说，“量子计算机的一个主要障碍是量子效应会在完成计算之前被破坏。而轨道子的跃迁速度只要几飞秒（1飞秒=10的负15次方秒），这样的速度为制造现实量子计算机带来了更多机会。”（常丽君）

自旋晶格弛豫T1的讲座资料[img]http://www.instrument.com.cn/bbs/images/affix.gif[/img][url=http://www.instrument.com.cn/bbs/download.asp?ID=6792]相关附件[/url]

请帮忙解释一下什么是自旋回波？[em07]

中国科技网讯 热电循环需通过“塞贝克效应”来产生热，据物理学家组织网7月11日报道，俄亥俄大学找到了一种新方法，能将“自旋塞贝克效应”放大1000倍，将其向实际应用推进了一大步。该研究有助于热电循环的实现，从而最终有望开发出新型热电发动机，还可用于计算机制冷。相关论文发表在本周出版的《自然》杂志上。 热电循环是电子设备循环利用自身产生的部分废热，将废热转化成电。根据“塞贝克效应”，当导体被放在一个温度梯度中时，会产生电压使热能转变为电能。而2008年日本发现了“自旋塞贝克效应”，即在磁性材料中，自旋电子会产生电流使材料接点产生电压。这以后，许多科学家都在试图利用自旋电子学来研发读写数据的新型电子设备，以便在更少空间、更低能耗的条件下更安全地存储更多数据。但这种“自旋塞贝克效应”产生的电压一般非常小。 目前新方法是将此效应放大为“巨自旋塞贝克效应”。研究人员利用锑化铟及其他元素掺杂制成所需材料，并将温度降低到零下253℃至零下271℃附近，外加3特斯拉磁场。当他们将材料一面加热使其升高1℃时，在另一面检测到电压为8毫伏，得到比以往的5微伏高三个数量级的电流，是迄今为止通过标准“自旋塞贝克效应”产生的最高电压，且功率提高了近百万倍。 俄亥俄大学物理学与机械工程教授约瑟夫·海尔曼斯说，科学家认为热是由振动量子所组成，他们能在半导体内部引发强大的振动量子流，在流过材料时撞击电子使电子向前运动。而由于材料中原子使电子自旋，电子最终就像枪管中的子弹那样旋转前进。 以往人们只在磁性半导体和金属中发现过“自旋塞贝克效应”，而此次“成功的关键是选择材料，”该校材料科学与工程夫教授罗伯托·梅尔斯说，但由于材料是非磁性的，还需要外加电场和低温环境，这是实验的不足之处，他们还在进一步研究其他材料。 海尔曼斯表示，其最终目标是开发出一种低成本高效率将热转化为电能的固态发动机。这些发动机没有运动部分，不会磨损，可靠性几乎是无限的。“这是真正的新一代热电发动机。17世纪我们有了蒸汽机，18世纪有了燃气机，19世纪有了第一个热电材料，而现在我们正要用磁来做同样的事。”（常丽君） 《科技日报》（2012-07-13 二版）

谁知道自旋F=3对应的矩阵表示.即Sx，Sy， Sz.