振 频率。例如，如图5A、5B、5C和f5D所示的共振器装置的等效电路模型可以提供用于设计、分 析、修改、细化或实现共振器装置的框架。
[0086] 图6是示出具有不同数量的共振器的示例共振器装置的示例品质因数的图600。 示例共振器装置包括4个、8个和16个共振器，并且可以包括图1、2A、2B和2C中所示的示例 共振器装置的特征。例如，示例装置可以针对所有共振器使用具有长度L。= 5650ym和宽 度W。= 15ym的人/2共振器，并且可以具有长度Wi= 355ym的端子。示例装置可以具有使 用430ym厚的蓝宝石晶体作为具有衰减常数a= 104m1和介电常数e 9. 34的基板的 微带线结构。其它成分可以例如基于R=Z。/ (aL。)，C=JT/ (2 〇rZ。)，andi從1/ (〇身_) 来计算。
[0087] 针对具有相同耦合（例如，Rs=RpCpin=C咖和Csin=C_t)的对称输入和输出 线，针对共振器和馈线之间的间隙的大小（例如，图2B中的间隙250或图2C中的间隙290 的大小G)来显示不同数量的共振器的品质因数（例如，内部、外部和总体品质因数）。在 图6的所示示例中，品质因数随着间隙大小的增加而提高。间隙的大小可以例如基于共振 器之间的间距和其它适当因素被配置成在馈线和各共振器之间提供适当的电容性耦合。在 一些示例中，在Qint=Qrait的情况下可以达到临界耦合。ESR中的信噪比可以依赖于品质因 数Q和模体积等。在一些实现中，通过提高品质因数以及将模体积与样品体积进行匹配，可 以提尚系统性能。
[0088] 尽管本说明书包含许多细节，但这些细节不应被解释为对可以要求保护的范围的 限制，而是作为对特定示例所特有的特征的说明。本说明书中的分开的实施例的上下文中 所说明的特定特征也可以组合起来。另一方面，在单个实施例的上下文中所说明的各种特 征也可以在多个实施例中分开地实现或者以任何合适的子组合的形式实现。
[0089] 说明了若干实施例。然而将会理解，可以进行各种修改。因此，其它实施例也在以 下权利要求书的范围内。
【主权项】
1. 一种电子自旋共振即ESR共振器装置，包括： 平面基板，其具有基板表面，并且具有与所述基板表面相对的接地平面表面； 接地平面，其布置在所述接地平面表面上； 第一端子，其包括布置在所述基板表面上的第一端子分段； 第二端子，其包括与所述第一端子分段相对地布置在所述基板表面上的第二端子分 段；以及 共振器，其在所述第一端子与所述第二端子之间，其中所述共振器包括布置在所述基 板表面上的导体，各所述导体布置在所述第一端子分段中的一个第一端子分段与所述第二 端子分段中的各自相对的第二端子分段之间。2. 根据权利要求1所述的ESR共振器装置，其中，所述共振器是各自配置成在相同微波 共振频率处共振的微带共振器。3. 根据权利要求1所述的ESR共振器装置，其中，各所述导体是长形的并且包括： 第一末端，其电容性親合至所述第一端子分段中的一个第一端子分段；以及 相对的第二末端，其电容性耦合至所述第二端子分段中的一个第二端子分段。4. 根据权利要求3所述的ESR共振器装置，其中，还包括： 第一介电体积，其在各所述导体的所述第一末端与所述第一端子分段中的一个第一端 子分段之间；以及 第二介电体积，其在各所述导体的所述第二末端与所述第二端子分段中的一个第二端 子分段之间。5. 根据权利要求4所述的ESR共振器装置，其中，所述介电体积包括介电材料和真空中 的至少之一。6. 根据权利要求1所述的ESR共振器装置，其中，所述导体彼此平行，其中各相邻成对 的导体之间的间距相等。7. 根据权利要求1所述的ESR共振器装置，其中，各所述共振器是半波共振器、全波共 振器或多半波共振器。8. 根据权利要求1所述的ESR共振器装置，其中，各所述共振器被配置成在共振频率处 共振，并且各所述共振器的长度是偶数个针对所述共振频率的半波长。9. 根据权利要求1所述的ESR共振器装置，其中，各所述共振器被配置成在共振频率处 共振，并且各所述共振器的长度是奇数个针对所述共振频率的半波长。10. 根据权利要求1所述的ESR共振器装置，其中，各所述共振器被配置成在所述共振 器中的半波分段的中心处提供最大磁场。11. 根据权利要求1所述的ESR共振器装置，其中， 所述第一端子包括布置在所述基板表面上的第一端子导体，其中所述第一端子导体具 有第一端子输入侧和与所述第一端子输入侧相对的第一端子分段侧，所述第一端子分段侧 包括所述第一端子分段；以及 所述第二端子包括布置在所述基板表面上的第二端子导体，其中所述第二端子导体具 有第二端子输入侧和与所述第二端子输入侧相对的第二端子分段侧，所述第二端子分段侧 包括所述第二端子分段。12. 根据权利要求11所述的ESR共振器装置，其中， 所述第一端子包括所述第一端子输入侧与所述第一端子分段侧之间的第一分支结构； 以及 所述第二端子包括所述第二端子输入侧与所述第二端子分段侧之间的第二分支结构。13.根据权利要求12所述的ESR共振器装置，其中，所述第一分支结构和所述第二分支 结构各自包括一个或多个锥形分支部分。14.根据权利要求12所述的ESR共振器装置，其中，所述第一分支结构和所述第二分支 结构各自包括输入侧和各分段侧之间的连续级，并且各级中的单独分支具有前一级中的单 独分支的阻抗的两倍的阻抗。15.根据权利要求11所述的ESR共振器装置，其中，所述第一端子导体和所述第二端子 导体以及共振器的导体在所述基板上形成表面线圈。16.根据权利要求15所述的ESR共振器装置，其中，还包括与所述表面线圈邻接并且与 所述基板相对的样品区域。17.根据权利要求11所述的ESR共振器装置，其中，所述第一端子导体和所述第二端子 导体以及所述共振器的导体由超导电材料制成。18.根据权利要求1所述的ESR共振器装置，其中，所述平面基板包括蓝宝石。19.根据权利要求1所述的ESR共振器装置，其中，所述平面基板包括硅和石英中的至 少之一。20. -种电子自旋共振即ESR方法，包括以下步骤： 在ESR共振器装置的端子输入处接收激励和控制信号，其中所述端子输入导电性耦合 至端子输出分段； 从所述端子输出分段向多个共振器提供所述激励和控制信号，其中所述激励和控制信 号从各所述端子输出分段同相地传送至所述多个共振器中的各个共振器；以及 通过在所述多个共振器上同相地传导所述激励和控制信号，在所述共振器外部的样品 区域中产生磁场。21.根据权利要求20所述的ESR方法，其中，还包括以下步骤：所述多个共振器共同生 成在整个薄样品区域上均一的磁场。22.根据权利要求20所述的ESR方法，其中，还包括以下步骤： 在所述ESR共振器装置的第一端子输入和第二端子输入处接收所述激励和控制信号， 其中所述第一端子输入导电性耦合至第一组所述端子输出分段，所述第二端子输入导电性 耦合至第二组所述端子输出分段；以及 从第一组所述端子输出分段和第二组所述端子输出分段向所述共振器提供所述激励 和控制信号。23.根据权利要求22所述的ESR方法，其中，还包括以下步骤：通过以下部分之间的电 容性耦合向所述共振器提供所述激励和控制信号： 第一组所述端子输出分段与所述共振器的第一末端；以及 第二组所述端子输出分段与所述共振器的相对的第二末端。24.根据权利要求23所述的ESR方法，其中，还包括以下步骤：通过在所述多个共振器 上同相地传导微波频率信号在所述样品区域中产生微波频率磁场。25. -种电子自旋共振即ESR方法，包括以下步骤： 在基板的表面上布置的平面表面线圈处接收激励和控制信号，所述平面表面线圈包括 布置在所述表面上的多个平行导体；以及 在与所述表面线圈邻接并且与所述基板相对的样品区域中生成磁场，其中所述磁场是 通过所述多个平行导体在同一方向上且并行地各自同时传导所述激励和控制信号所生成 的。26. 根据权利要求25所述的ESR方法，其中，所述平行导体是长形的，并且所述方法包 括在各导体的第一末端处的多个第一端子分段处以及各导体的相对的第二末端处的多个 第二端子分段处接收所述激励和控制信号。27. 根据权利要求26所述的ESR方法，其中，所述平行导体电容性耦合至所述端子分 段。28. 根据权利要求25所述的ESR方法，其中，还包括以下步骤：通过所述磁场来操作所 述样品区域中的电子自旋。29. 根据权利要求25所述的ESR方法，其中，所述样品区域是平面体积并且所述磁场在 整个所述平面体积中是均一的。
【专利摘要】在一些方面中，说明了自旋共振应用的共振器装置。在一些示例中，所述共振器装置包括基板、端子和共振器。所述端子包括：第一端子，其具有布置在所述基板表面上的第一端子分段；以及第二端子，其具有与所述第一端子分段相对地布置在所述基板表面上的第二端子分段。所述共振器包括在所述第一端子和所述第二端子之间布置在所述基板表面上的导体。各导体都布置在所述第一端子分段之一和各个相对的所述第二端子分段之一的中间。
【IPC分类】G01R33/36, G01R33/341
【公开号】CN105074490
【申请号】CN201480007199
【发明人】H·莫贺比, D·G·科利
【申请人】量子谷投资基金有限合伙公司
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2014年1月31日
【公告号】CA2897536A1, EP2951602A1, US20140218032, WO2014117256A1