طرق تجريبية لمحاصرة الأيونات باستخدام ميكروفابريكاتيد السطحية الفخاخ أيون

Seokjun Hong; Minjae Lee; Yeong-Dae Kwon; Dong-il "Dan" Cho; Taehyun Kim

doi:10.3791/56060

Method Article

طرق تجريبية لمحاصرة الأيونات باستخدام ميكروفابريكاتيد السطحية الفخاخ أيون

DOI:

10.3791/56060

⸱

August 17th, 2017

Seokjun Hong¹, Minjae Lee¹, Yeong-Dae Kwon², Dong-il "Dan" Cho¹, Taehyun Kim²

¹ISRC/ASRI, Department of Electrical and Computer Engineering, Seoul National University, ²Quantum Tech. Lab, SK Telecom

Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.

Summary

وتعرض هذه الورقة منهجية ميكروفابريكيشن للسطح أيون الفخاخ، فضلا عن إجراء تجريبي مفصل لتعويض إيتريوم الأيونات في بيئة درجة حرارة غرفة.

Abstract

اعتبرت أيونات المحاصرين في الرباعي فخ بول أحد المرشحين المادية قوية لتنفيذ معالجة المعلومات الكم. هذا سبب وقتهم التماسك طويلاً وقدرتها على التعامل معها وكشف بت الكم الفردية (المكدسة). وفي السنوات الأخيرة، تلقي ميكروفابريكاتيد السطحية أيون الفخاخ مزيدا من الاهتمام لمنصات كوبيت المتكاملة على نطاق واسع. وتعرض هذه الورقة منهجية ميكروفابريكيشن لايون الفخاخ باستخدام تكنولوجيا نظام مايكرو--الكهربائية-الميكانيكية (MEMS)، بما في ذلك أسلوب تصنيع 14 ميكرومتر سميكة طبقة عازلة والمعادن عبء هياكل فوق الطبقة العازلة للكهرباء. وبالإضافة إلى ذلك، إجراء تجريبي لمحاصرة الأيونات إيتريوم (Yb) للنظائر 174 (¹⁷⁴Yb⁺) باستخدام 369.5 نانومتر، 399 نانومتر، وهو وصف 935 ليزر صمام ثنائي في شمال البحر الأبيض المتوسط. هذه المنهجيات والإجراءات تشمل العديد من التخصصات العلمية والهندسية، وتعرض هذه الورقة أولاً إجراءات تجريبية مفصلة. يمكن بسهولة توسيع الطرق التي تمت مناقشتها في هذه الورقة لتعويض أيونات الماليزي للنظائر 171 (¹⁷¹Yb⁺) والتلاعب المكدسة.

Introduction

يمكن حصر بول فخ الجسيمات المشحونة، بما في ذلك الأيونات في المساحة الفارغة، باستخدام مزيج من حقل كهربائي ثابت وحقل كهربائي متفاوتة تتأرجح على ترددات الراديو (RF)، ويمكن أن تقاس الدول الكم من الأيونات محصورة في الفخ و تسيطر¹^،^،من²³. ووضعت هذه الفخاخ أيون أصلاً لتطبيقات القياس الدقيق، بما في ذلك الساعات البصرية والتحليل الطيفي الشامل⁴^،^،من⁵⁶. في السنوات الأخيرة، هذه الفخاخ أيون أيضا بنشاط استكشاف، كمنصة مادية لتنفيذ معالجة المعلومات الكم تعزى إلى الخصائص المرغوبة من أيونات المحاصرين، مثل أوقات طويلة التماسك، عزل مثالية في العالية جداً البيئة الفراغ (اوهف)، وجدوى كوبيت الفردية التلاعب⁷^،^،من⁸⁹^،¹⁰. منذ كيلبينسكي وآخرون. ¹¹ اقتراح بنية فخ أيون قابلة لتحجيم التي يمكن استخدامها لوضع أجهزة الكمبيوتر الكم، أنواع مختلفة من الفخاخ السطحية، بما في ذلك الوصلات الفخاخ¹²^،¹³وفخ متعدد المنطقة رقائق¹⁴صفيف ثنائي الأبعاد وقد وضعت الفخاخ¹⁵^،^،من¹⁶¹⁷، استخدام أشباه الموصلات المستمدة من عملية ميكروفابريكيشن أساليب¹⁸^،¹⁹^،²⁰^،²¹. مناقشة المعلومات الكم على نطاق واسع تجهيز النظم القائمة على السطح الفخاخ وكانت أيضا²²^،^،من²³²⁴.

وتعرض هذه الورقة أساليب تجريبية لمحاصرة الأيونات استخدام الفخاخ أيون السطحية ميكروفابريكاتيد. وبشكل أكثر تحديداً، يتم وصف إجراء لاختلاق السطحية أيون الفخاخ وإجراءات مفصلة لأيونات الملائمة باستخدام الفخاخ ملفقة. وبالإضافة إلى ذلك، تقدم وصفاً مفصلاً لمختلف التقنيات العملية لإعداد النظام التجريبي ومحاصرة الأيونات في الوثيقة التكميلية.

منهجية ميكروفابريكاتينج معطى فخ أيون سطحية في الخطوة 1. ويبين الشكل 1 تخطيطي مبسط لفخ أيون السطحية. يتم عرض الحقول الكهربائية المتولدة عن الجهد المطبقة على أقطاب كهربائية في الطائرة عرضية أيضا²⁵. يتم تطبيق جهد الترددات اللاسلكية إلى زوج أقطاب الترددات اللاسلكية، بينما يتم الاحتفاظ بجميع أقطاب أخرى في الترددات اللاسلكية الأرضية؛ بونديروموتيفي المحتملة²⁶ التي تم إنشاؤها بواسطة الجهد RF يحصر الأيونات في اتجاه شعاعي. قصر الجهد التيار المباشر (DC) ينطبق على أقطاب كهربائية DC متعددة خارج أقطاب RF الأيونات إلى الاتجاه الطولي. القضبان الداخلية بين أقطاب RF مصممة لمساعدة إمالة، المحاور الرئيسية لإمكانات الكلية في الطائرة عرضية. يتم تضمين المنهجية لتصميم مجموعة جهد DC في الوثيقة التكميلية. وباﻹضافة إلى ذلك، ويمكن الاطلاع على مزيد من التفاصيل عن تصميم المعلمات هندسية أساسية من فخ أيون سطح رقائق في²⁷^،^،من²⁸²⁹^،^،من³⁰³¹.

تم تصميم طريقة تصنيع أدخلت في الخطوة 1 النظر في الجوانب التالية. أولاً، ينبغي أن تكون طبقة عازلة بين طبقة القطب وطبقة أرضية سميكة بما فيه الكفاية لمنع انهيار الكهربائية بين الطبقات. وبوجه عام، ينبغي أن يكون السمك على مدى 10 μm. يمكن أن يسبب الضغط المتبقية من الأفلام المودعة خلال ترسب طبقة عازلة سميكة، الركوع الركيزة أو الأضرار التي لحقت بهذه الأفلام المودعة. وهكذا، السيطرة على الإجهاد المتبقية واحدة من التقنيات الرئيسية في تصنيع الفخاخ أيون السطحية. ثانيا، ينبغي تدنية التعرض الأسطح العازلة لموقف أيون لأنه يمكن الناجمين عن اتهامات طائشة في المواد العازلة للكهرباء بالليزر متناثرة الأشعة فوق البنفسجية (الأشعة فوق البنفسجية)، الذي وضع في نتائج دورة في تحول عشوائية لايون. ويمكن تخفيض المنطقة المعرضة بتصميم هياكل القطب المتراكمة. وأفيد أن السطح الفخاخ أيون مع قطب كهربائي يتدلى مقاومة للشحن تحت ظروف تجريبية نموذجية³². ثالثا، وفي جميع المواد، بما في ذلك مختلف الأفلام المودعة، ينبغي أن تكون قادرة على الصمود أمام 200 درجة مئوية الخبز لحوالي 2 أسابيع، وينبغي أن يكون مقدار الغازي من جميع المواد متوافقة مع بيئات اوهف. يستند تصميم ميكروفابريكاتيد رقائق فخ أيون السطحية في هذه الورقة على تصميم مصيدة من³³، التي استخدمت بنجاح في مختلف التجارب³²^،^،من³³³⁴^، ³⁵. علما أن هذا التصميم يتضمن فتحه في منتصف الرقاقة لتحميل الذرات المحايدة، وأحدث صور المتأين لتعويض اللون.

بعد تصنيع الرقائق أيون-فخ، شنت الرقاقة وكهربائيا متصلاً برقاقة الناقل باستخدام الأسلاك الرابطة الذهبية. ثم يتم تثبيت الناقل رقاقة في دائرة اوهف. إجراءات مفصلة لإعداد مجموعة شرائح فخ وتصميم قاعة اوهف ترد في الوثيقة التكميلية.

إعداد المعدات البصرية والكهربائية، فضلا عن الإجراءات التجريبية لمحاصرة الأيونات، موضحة بالتفصيل في الخطوة 2. وتخضع عموما تقلب الحقل الكهربائي المحيطة بها، مما يزيد بشكل مستمر من متوسط الطاقة الحركية للايونات أيونات المحاصرين بسبب بونديروموتيفي المحتملة. يمكن استخدام الليزر التبريد استناداً إلى تحول دوبلر لإزالة فائض الطاقة من حركة الأيونات. ويبين الشكل 2 المخططات مستوى الطاقة المبسطة أيون Yb⁺ ¹⁷⁴ومن ذرة محايدة ¹⁷⁴الماليزي. تبريد دوبلر ¹⁷⁴Yb⁺ أيونات يتطلب 369.5 نانومتر ليزر وليزر 935-شمال البحر الأبيض المتوسط، بينما يتطلب صور-تاين الذرات المحايدة ¹⁷⁴Yb ليزر 399-شمال البحر الأبيض المتوسط. تصف الخطوات 2.2 و 2.3 طريقة فعالة لمحاذاة الليزر هذه الرقاقة فخ أيون السطحية وإجراء لإيجاد الظروف المناسبة للصور-التأين. بعد أن يتم إعداد المكونات الضوئية والكهربائية، مما أدى إلى محاصرة الأيونات بسيط نسبيا. ويرد بالتسلسل التجريبية لمحاصرة الأيونات في الخطوة 2، 4.

Protocol

1-تلفيق مجموعة شرائح أيون-فخ

ميكروفابريكيشن رقاقة فخ أيون السطح.
ملاحظة: توفر الشروط العملية الموصوفة في هذا المقطع فقط إشارة تقريبية، نظراً للمعلمات الأمثل لكل عملية يمكن أن تختلف إلى حد كبير لمعدات مختلفة. وترد في ظروف الحرارة فقط للعمليات ذات درجة الحرارة العالية، مثل الأكسدة وترسب البخار الكيميائي. عملية تصنيع يتم استخدام رقائق السليكون مم 100.
1. إعداد سليكون المتبلر واحد رقاقة مع سمك 500 525 ميكرومتر وتنظيفه باستخدام حل البيرانا عن 15 دقيقة
2. حرارياً رقاقة السيليكون في أنبوب فرن لتشكيل 0.5 ميكرومتر سميكة SiO ₂ الطبقات العازلة على كلا الجانبين.
  ملاحظة: هذه الطبقات كهربائياً عزل الركيزة السليكون من الطبقة الأرضية. كانت معلمات العملية المستخدمة في الرطب-الأكسدة: معدل التدفق ₂ س 6,500 sccm، معدل تدفق ₂ ن 5,000 sccm، معدل تدفق ₂ ح 7,000 sccm، عملية درجة حرارة 900 درجة مئوية، وعملية وقت 4.5 ساعة (انظر جدول مواد للحصول على تفاصيل المعدات)-
3. إيداع 0.2 ميكرون سميكة سي ₃ ن ₄ طبقات على كلا الجانبين ليفر باستخدام عملية ترسيب (لبكفد) بخار الضغط المنخفض كيميائية ( الشكل 3a) لحماية طبقات أكسيد الحرارية خلال عملية النقش الرطب هو موضح في الشكل 3 ك.
  ملاحظة: معلمات العملية المستخدمة في عملية لبكفد: معدل التدفق ₂ سيكل ₂ ح 30 sccm، معدل تدفق ₃ NH 100 sccm، وضغط متورر 200، ودرجة حرارة عملية 785 درجة مئوية. ينتج عن هذا بمعدل ترسيب 40/دقيقة (انظر الجدول للمواد اللازمة لتفاصيل المعدات).
4. إيداع طبقة ال/Cu (1%) 1.5 ميكرومتر سميكة ويفر استخدام عملية اﻷخرق والمعلمات التالية: معدل التدفق ع 40 sccm، ضغط متورر 2، وطاقة الترددات اللاسلكية 300 جورج
  ملاحظة: هذه النتائج في معدل ترسيب 130/دقيقة (انظر الجدول للمواد اللازمة لتفاصيل المعدات)-
  ملاحظة: هذه الطبقة يوفر طائرة على أرض للحيلولة دون فقدان الترددات اللاسلكية عن طريق الركيزة السليكون ويوفر أيضا نقاط اتصال لمنصات أسلاك الربط. سبائك الألومنيوم بنسبة 1 في المائة من النحاس يستخدم لمنع تكوين الخط الطولي خلال عملية الخبز لتحقيق بيئة اوهف. هذا التكوين ضروري لمنع الخط الطولي.
5. تدور طبقة 2 ميكرومتر سميكة مقاوم الضوء إيجابية على يفر ونمط لتحديد الترددات اللاسلكية التدريع الطائرة ومنصات سلك الربط ليثوجرافيكالي.
  ملاحظة: معلمات العملية لمقاوم الضوء ميكرومتر سميكة 2: تدور السرعة 5,000 لفة في الدقيقة، وتدور الساعة 40 s، خبز قبل درجة حرارة 95 درجة مئوية، ووقت قبل خبز 90 s، التعرض للطاقة من 144 مللي جول/سم ²، وضع الوقت 60 ثانية، درجة حرارة الفرن بعد 110 درجة مئوية، وخبز بعد انتهاء وقت 5 دقيقة (انظر الجدول للمواد اللازمة لتفاصيل المواد الكيميائية والمعدات)-
6. نمط 1.5 ميكرومتر سميكة Al/Cu (1%) طبقة باستخدام عملية النقش الجاف تقليدية (أيون رد الفعل النقش (رية) أو النقش بالبلازما المقرونة الاستقرائي (برنامج المقارنات الدولية))، مع مقاوم الضوء منقوشة في خطوة 1.1.5 كقناع النقش.
  ملاحظة: يجب استخدام تنميش برنامج المقارنات الدولية مع معلمات العملية التالية: معدل تدفق ₃ BCl 20 sccm، معدل تدفق ₂ Cl 30 sccm، وضغط متور 5، وطاقة الترددات اللاسلكية من 750 جورج هذه النتائج في معدل أحفر Å 3,600/دقيقة (انظر الجدول للمواد اللازمة لتفاصيل المعدات)-
7. إزالة مقاوم الضوء المستخدمة في الخطوة 1.1.6 كتكوت س ₂ البلازما ashing العملية ( الشكل 3b).
  ملاحظة: معلمات العملية لعملية أشينج: معدل التدفق ₂ س 150 sccm، وضغط متورر 0.75، والترددات اللاسلكية قوة 300 واط (انظر الجدول للمواد اللازمة لتفاصيل المعدات)-
8. إيداع 14 ميكرومتر سميكة SiO ₂ طبقة على كلا الجانبين ليفر استخدام البخار الكيميائي البلازما--تعزيز عمليات الترسيب (بيكفد) ( الشكل 3 جيم)-
  ملاحظة: معلمات العملية المستخدمة في عملية بيكفد: معدل تدفق ₄ سيح 540 sccm، الضغط من 1.9 ميلليمتر زئبق، عملية درجة حرارة 350 درجة مئوية، وطاقة الترددات اللاسلكية من 750 جورج هذه النتائج في معدل ترسيب 000 3/دقيقة (انظر الجدول للمواد اللازمة لتفاصيل المعدات). منذ إيداع 14 ميكرومتر سميكة SiO ₂ الطبقة واحدة من العمليات الأكثر صعوبة، التفاصيل ويرد كذلك في النقاش-
9. وتدور طبقة 6 ميكرومتر سميكة مقاوم الضوء إيجابية على الجبهة ليفر ليثوجرافيكالي نمط لتعريف عبر الثقوب كهربائياً الاتصال أقطاب العاصمة لمنصات الأسلاك-الترابط-
  ملاحظة: معلمات العملية لمقاوم الضوء ميكرومتر سميكة 6: تدور السرعة 5,000 لفة في الدقيقة، وتدور الساعة 40 s، خبز قبل درجة حرارة 95 درجة مئوية، ووقت قبل خبز لمدة 5 دقائق، التعرض للطاقة من 900 مللي جول/سم ²، وضع الوقت 10 دقيقة، خبز بعد درجة حرارة 110 درجة مئوية، وخبز بعد انتهاء وقت 5 دقيقة (انظر الجدول للمواد اللازمة لتفاصيل المواد الكيميائية والمعدات)-
10. النقش في طبقة ₂ ميكرومتر سميكة SiO 14 في الجزء الأمامي يفر باستخدام عملية رية تقليدية، مع مقاوم الضوء منقوشة في خطوة 1.1.9 كقناع النقش.
  ملاحظة: معلمات العملية للنقش SiO ₂: معدل التدفق ₃ فرنك سويسري من 25 sccm، CF ₄ معدل تدفق 5 sccm، معدل تدفق ع 50 sccm، وضغط متورر 130، وطاقة الترددات اللاسلكية من 600 دبليو هذه النتائج في معدل أحفر Å 3,600/دقيقة (انظر الجدول للمواد اللازمة لتفاصيل المعدات)-
11. إزالة الواقي الضوئي المستخدم في الخطوة 1.1.10 مع عملية أشينج بلازما ₂ س. تراجع يفر إلى مذيب ساخن أو sonicate من قبل أشينج ( الشكل 3d)-
12. تدور طبقة 6 ميكرومتر سميكة مقاوم الضوء إيجابي على مساعدات من يفر ونمط لتشكيل قناع أكسيد الصلبة للنقش العميق القائم على رد الفعل أيون (DRIE) من الركازة السليكون ( الرقم 3j) ليثوجرافيكالي-
13. منقوشة نقش 14 ميكرومتر سميكة SiO ₂ طبقة على مساعدات يفر باستخدام عملية رية تقليدية، مع مقاوم الضوء في خطوة 1.1.12 كقناع النقش.
14. إزالة الواقي الضوئي المستخدم في الخطوة 1-1-13 بعملية أشينج بلازما ₂ س ( رقم 3e)-
15. إيداع طبقة ال/Cu (1%) ميكرومتر سميكة 1.5، الذي يستخدم كقطب كهربائي باستخدام عملية اﻷخرق.
16. إيداع 1 ميكرومتر سميكة SiO ₂ طبقة استخدام عملية بيكفد ( 3f الشكل) ويفر-
17. تدور طبقة 2 ميكرومتر سميكة مقاوم الضوء إيجابية على يفر ونمط ليثوجرافيكالي لتعريف الأقطاب.
18. نمط 1.5 ميكرومتر سميكة Al/Cu (1%) وطبقة 1 ميكرومتر سميكة SiO ₂ باستخدام برنامج المقارنات الدولية تقليدية النقش عملية، مع مقاوم الضوء منقوشة في خطوة 1.1.17 كقناع النقش.
19. إزالة الواقي الضوئي المستخدم في الخطوة 1.1.18 بعملية أشينج بلازما ₂ س ( الشكل 3 ز)-
20. تدور طبقة 6 ميكرومتر سميكة مقاوم الضوء إيجابية على يفر ونمط لتحديد أنماط الدعامة 14 ميكرومتر سميكة أكسيد ليثوجرافيكالي.
21. منقوشة نقش 14 ميكرومتر سميكة SiO ₂ طبقة باستخدام عملية رية تقليدية، مع مقاوم الضوء في خطوة 1.1.20 كقناع النقش.
22. إزالة الواقي الضوئي المستخدم في الخطوة 1.1.21 مع س ₂ بلازما ashing عملية ( الشكل 3 ح)-
23. تدور طبقة 6 ميكرومتر سميكة مقاوم الضوء إيجابية على يفر ونمط لفضح فتحه تحميل ليثوجرافيكالي-
24. نمط SiO ₂ و ₃ ن سي ₄ طبقات رية تقليدية باستخدام عملية، مع مقاوم الضوء منقوشة في خطوة 1.1.23 كقناع النقش.
25. إزالة الواقي الضوئي المستخدم في الخطوة 1.1.24 بعملية أشينج بلازما ₂ س ( الرقم 3i).
26. نمط الركيزة السليكون من المؤخر ليفر باستخدام عملية DRIE ( 3j الشكل)-
  ملاحظة: عمق أحفر ينبغي قياس مرارا وتكرارا لمنع اختراق الركازة السليكون من المؤخر. الهدف أحفر عمق هو حوالي 450-470 ميكرومتر. وأجرى عملية DRIE مع تكرارات من ج ₄ و ₈ ترسب ل 5 ق، ج ₄ و ₈ أحفر لحفر 3 s، وسي 5 s. وفي ج ₄ و ₈ ترسب الخطوة، معدلات تدفق ج ₄ و ₈، سادس ₆ وع كانت 100 و 0.5 و sccm 30، على التوالي. لاحظ أن يستخدم ع لتسريع معدل أحفر ج ₄ و ₈ وسي، ولكن تطبيقه أيضا في ج ₄ و ₈ ترسب الخطوة، مع نفس معدل التدفق، لتحقيق الاستقرار في حالة الضغط. في ₄ و ₈ ج أحفر خطوة، تم تغيير معدلات التدفق إلى 0.5 و 50 و 30 sccm، على التوالي. في الاشتراكية الدولية أحفر خطوة، ومعدلات التدفق من 0.5 و 100 و sccm 30، على التوالي، وقد استخدمت. وحددت الطاقة الترددات اللاسلكية وضغط الدائرة 825 ث ومتور 23 في جميع الخطوات. لهذه الظروف، كان معدل أحفر الاشتراكية الدولية 1 ميكرون لكل حلقة (انظر الجدول للمواد اللازمة لتفاصيل المعدات)-
27. الزهر يفر إلى قطع 10 مم x 10 ملم باستخدام آلة ديسينغ.
28. فصل الشريط ديسينج من يموت بالغمس في الأسيتون للحد الأدنى 5 تنظيف يموت بالغمس في تشغيل المياه (DI) عن 10 دقيقة والكحول الأيزوبروبيل (IPA) للحد الأدنى 2 الجافة لمدة 2 دقيقة في 110 ° C.
29. أحفر سيديوالس دعائم أكسيد اختﻻق هياكل عبء الكهربائي باستخدام رطب أكسيد النقش العملية 60 s في أكسيد مخزنة تنميش (بنك إنجلترا)، الذي (NH ₄ F:HF = 6:1) ( الشكل 3 ك). تنظيف يموت بغمس أنه في إدارة المياه دي ل 10 دقيقة وأصد للحد الأدنى 2 الجاف لمدة 2 دقيقة في 110 ° C.
30. أيون على شكل فتحه تحميل حفرة من الجزء الأمامي يموت باستخدام عملية DRIE.
  ملاحظة: اكتمال عملية تصنيع الرقائق أيون-فخ في هذه الخطوة ( الشكل 3 لتر).

2. إعداد البصرية والمعدات الكهربائية ومحاصرة الأيونات

ملاحظة: حزم مع ناقل رقاقة رقاقة فخ ملفقة، والناقل رقاقة مثبت في دائرة اوهف. بينما يتم توفير إجراءات لاختلاق الحزمة فخ رقاقة وإعداد دائرة اوهف في الوثيقة التكميلية، يصف هذا القسم تفاصيل لإعداد المعدات البصرية والكهربائية ومحاصرة الأيونات.

إعداد التوصيلات الكهربائية-
1. توصيل محول رقمي إلى تناظري متعدد القنوات (DAC) إلى فيدثروغ في المؤخرة قاعة اوهف لتطبيق الجهد على أقطاب التحكم DC المقابلة.
  ملاحظة: يبين الشكل 4 مثال على الجهد المطبقة على رقاقة فخ. طريقة مفصلة لتصميم مثل هذه مجموعة جهد DC يرد في الوثيقة التكميلية.
2. توصيل مصدر الحالية دبوس فرن في فيدثرو في الخلف-
3. توجيهي بين مولد الترددات اللاسلكية وجهاز رنان حلزونية. توصيل الإشارة من مولد الترددات اللاسلكية بمنفذ الإخراج توجيهي. أيضا، توصيل منفذ الإدخال لتوجيهي إلى منفذ الإدخال من جهاز رنان حلزونية.
  ملاحظة: هذا التكوين يسمح بمراقبة الطاقة المنعكسة من جهاز رنان حلزونية ³⁶-
4. ومسح تردد المولد للعثور على التردد الذي الانعكاس على الأقل. كرر هذه الخطوة حتى يتم العثور على الحد الأدنى العالمي.
  ملاحظة: التردد في الحد الأدنى العالمي هو تواتر رنانة. استخدام من هو محلل الطيف مع مولد تتبع قياس المعلمة S ₁₁ مع محلل شبكة اتصال أو الخيار يمكن تبسيط عملية المسح لانعكاس الحد الأدنى. إذا تم تغيير أي من التوصيلات الكهربائية بمصدر التيار الكهربائي لجنة المساعدة الإنمائية أو المصدر الحالي للفرن ويتم تغيير المقاومة فيدثروغ RF سيتحول تواتر رنانة.
5. إيقاف تشغيل مولد الترددات اللاسلكية-
  تنبيه: عندما يتم تطبيق جهاز رنان حلزونية الجهد العالي RF إلى الفخ، لا تغير أي اتصالات الكهربائية التي يمكن أن تسبب تغييرات مقاومة. يمكن بسهولة حرق التغييرات المفاجئة مقاومة الأسلاك الرابطة للرقاقة.
محاذاة 369.5 نانومتر الليزر ونظام التصوير-
1. كلمات الليزر 369.5-نيوتن متر من ألياف الضوئية تستخدم صيد تلسكوب ومحاولة لمواكبة ارتفاع صيد تلسكوب من سطح الطاولة الضوئية إلى ارتفاع شرائح؛ وجعل شعاع تنتشر أفقياً.
2. تعيين اتجاه نشر الشعاع نانومتر 369.5 وتحديدالمنطقه نحو رقاقة فخ، عن طريق أي منفذ العرض الأيمن أو الأيسر من قاعة اوهف، كما هو مبين في الشكل 5. محاذاة خشنا أن شعاع الليزر تنتشر موازية للسطح فخ رقاقة ويمس تقريبا على سطح الرقاقة.
3. جبل عدسة تركيز الليزر 369.5-شمال البحر الأبيض المتوسط في مرحلة ترجمة. ضع عدسة التركيز على طول باتجاه نشر حيث سيتم تركيز الليزر محيط موضع تعويض اللون فوق سطح رقاقة وحتى الليزر المركزة تنتشر على طول سطح رقاقة فخ. ضبط موضع العدسة التركيز في مرحلة الترجمة؛ موضع تركيز شعاع الليزر سوف تتبع حركة عدسة التركيز.
4. مكان عدسة تصوير رقمية-عالية في الفتحة التي شنت في مرحلة ترجمة أمام قاعة اوهف، النظر في المسافة من سطح الرقاقة ( الشكل 5).
5. محاذاة شعاع 369.5-شمال البحر الأبيض المتوسط مع سطح رقاقة فخ حيث أن هناك بعض مقدار تشتت الليزر من على سطح رقاقة.
  ملاحظة: سوف تشكل الضوء المتناثرة التي تجمعها عدسة تصوير صورة باهتة حول الطائرة الصورة من العدسة. ويمكن عموما ملاحظة هذه الصورة، حتى مع ورقة الفلورسنت عند المنطقة مظلمة بما فيه الكفاية-
6. ضبط موضع العدسة التصوير حتى تصبح الصورة على الورق فلوري حاد.
7. إيجاد مكان ضرب إلكترون إلى جانب اتهم جهاز (امككد) التي شنت في مرحلة ترجمة، النظر في موقع الطائرة التصوير من العدسة، في الخطوة السابقة.
8. جبل عامل تصفية الأشعة تحت حمراء (IR) أمام امككد لمنع إشعاع الجسم الأسود من الفرن عند تسخين الفرن للتبخر.
9. جبل عامل تصفية ممر الموجه 369.5 nm أمام امككد لحجب ضوء الخلفية.
10. صورة امككد مع تخطيط الأقطاب. ضبط المواقع في امككد والعدسة الصورة حتى يمكن رؤية أقطاب كهربائية مع امككد. محاذاة عدسة التصوير وامككد حتى تصبح الصورة حادة.
11. تحديد الأقطاب الكهربائية التي تظهر في امككد ومحاذاة امككد لتتناسب مع مركزة إلى موقع محاصرة المتوقعة.
12. محاذاة شعاع نانومتر 369.5 عمودياً حيث أنها سوف تمر من خلال موقف الملائمة. لمعرفة المسافة بين مركز الشعاع والسطح فخ، نقل شعاع نحو السطح فخ حتى يتم تكبير بعثرة الشعاع.
  ملاحظة: بعد الخطوة 2.2.12، يمكن الافتراض بأن مركز الشعاع حق على سطح رقاقة.
13. من المحاكاة العددية المحتملة مصيدة ²⁹، البحث عن الارتفاع المتوقع من موقف أيون الملائمة من على سطح رقاقة. نقل شعاع نانومتر 369.5 بعيداً عن سطح الرقاقة بالارتفاع المتوقع باستخدام ميكرومتر مرحلة الترجمة العدسة. نقل عدسة التصوير وامككد مرة أخرى بنفس المسافة. قم بتدوين القراءات ميكرومتر عدسة التصوير وامككد.
المحاذاة 399 نانومتر و 935 نانومتر الليزر و test. الفرن
1. استبدال ممر الموجه nm 369.5 التصفية باستخدام عامل تصفية ممر الموجه nm 399. من المحاكاة العددية لعدسة التصوير، معرفة الفرق بين البعد البؤري للضوء 399 نانومتر والضوء 369.5-شمال البحر الأبيض المتوسط الناجم عن انحراف لوني. ضبط مواقف طولية لعدسة التصوير وامككد لجعل 399-نانومتر وركزت على امككد-
2. كلمات عوارض نانومتر 399 و 935، سلم من الألياف الضوئية، مع كوليماتورس الخاصة بكل منها، وضبط مرتفعات كوليماتورس الألياف لتتناسب مع ارتفاع رقاقة جعل كلا الحزم تنتشر أفقياً.
3. محاذاة شعاع نانومتر 399 نحو السطح رقاقة فخ عن طريق منفذ آخر مثل 399 نانومتر الليزر هو نشر في الاتجاه المعاكس من الليزر 369.5 شمال البحر الأبيض المتوسط. في محاولة لجعل 399 وتحديدالمنطقه نانومتر الليزر التداخل مع تركيز الليزر نانومتر 369.5.
4. الجمع بين شعاع نانومتر 935 وتحديدالمنطقه وتحديدالمنطقه 399 نانومتر الليزر باستخدام مرآة مزدوج اللون ومحاذاة شعاع نانومتر 935 بالليزر نانومتر 935 تنتشر يشترك مع الليزر 399-شمال البحر الأبيض المتوسط. للتحقق من مدى الحزم اثنين هي متداخلة مع بعضها البعض، تحويل تلك الحزم اثنين مع مرآة مؤقتة قبل أن أدخل في الدائرة وقياس مواقع الحزم على طول المسار الحزمة باستخدام التعريف شعاع أو ثقب. إذا كانت مساحة غير كافية لوضع مرآة مؤقتة بين الدائرة وعدسة التركيز، النظر في وضع الإعداد الضوئية على الكهربية ضوئية صغيرة؛ يمكن التحقق من درجة التداخل في مكان منفصل.
5. وتعيين عدسة التركيز بين مرآة مزدوج اللون ومرآة مؤقتة. تقدير المسافة من مرآة المؤقتة إلى موقف محاصرة وضبط مكان تركز العدسة بالليزر نانومتر 399 يتركز في موضع تعويض اللون ( الشكل 6b).
6. التحقق من ما إذا كان تركيز الليزر نانومتر 399 يتزامن مع تركيز الليزر نانومتر 935. إذا كان عدم التداخل بين البؤر اثنين، محاذاة ناعما الليزر نانومتر 935.
7. إزالة النسخة المتطابقة مؤقتة في مسار الليزر 399 نانومتر. تحقق من التتبع من 399 نانومتر الليزر على سطح الرقاقة باستخدام امككد. إذا كان يمكن أن يلاحظ أي أثر لشعاع الليزر 399 نانومتر، أنقل مسار الشعاع نانومتر 399 حول الرقاقة. كما ضبط المسافة بين الدائرة وعدسة التصوير قليلاً حتى تصبح الصورة من على سطح رقاقة حادة.
8. محاذاة تتبع الشعاع 399 نانومتر على سطح رقاقة أن فإنه سيتم تمرير موقف محاصرة المتوقعة. مشابهة لمحاذاة شعاع 369.5 شمال البحر الأبيض المتوسط، يصبح تكبير نقل شعاع 399-شمال البحر الأبيض المتوسط نحو سطح الرقاقة حتى كثافة الضوء المتناثرة.
9. نقل شعاع الليزر نانومتر 399 بعيداً عن سطح الرقاقة بنفس الارتفاع المستخدمة في الخطوة 2.2.13 استخدام ميكرومتر. نقل عدسة التصوير وامككد مرة أخرى بنفس المسافة.
10. وضع مرآة المؤقتة المستخدمة في الخطوة 2.3.4 مرة أخرى. كرر الخطوة 2.3.6 ثم قم بإزالة النسخة المتطابقة مؤقتة.
  ملاحظة: بعد الخطوة 2.3.10، 935 نانومتر الليزر ويمكن افتراض أن يكون مرورا بموقف محاصرة فوق سطح الرقاقة.
11. تعيين الطول الموجي لليزر نانومتر 399 ما يقرب من ¹ S ₀-¹ ف ₁ الانتقال من ¹⁷⁴ Yb (751,526 غيغاهرتز). قم بتشغيل الحالي للفرن مليئة طبيعيا الماليزي وتزيد تدريجيا الحالي.
  ملاحظة: بشكل عام، التبخر لا يبدأ بالضرورة في نفس الحالي وجدت من قبل محلل الغاز المتبقية (رجا)، كما هو موضح في الوثيقة التكميلية، لذا حاول مختلف القيم الحالية حتى هو لاحظ التبخر. فقط عندما تبدأ الذرات الماليزي محايدة تتبخر وتواتر الليزر مدوية مع ¹ S ₀-¹ ف ₁ الانتقال من أحد النظائر الماليزي، الماليزي محايدة ستبدأ ذرات ﻻستيعاب الليزر الضوء وإعادة تنبعث منها أن يمكن ملاحظتها الأسفار من الماليزي مع امككد. عموما، يتم إزاحة الترددات الرنانة التي تقاس بمقياس الطول موجي من القيم الاسمية، تتراوح بين عشرات ومئات ميغاهيرتز. ولذلك، لكل الإعداد الحالي، المسح تواتر الليزر مع مجموعة تمتد من 1 غيغاهرتز، وخطوة أقل من 50 ميغاهرتز ينصح.
12. مرة واحدة ويلاحظ fluorescence مدوية من الفرن طبيعيا، الحد الحالي حتى لا يمكن ملاحظة الأسفار.
13. وكتابة مقدار الأسفار في كل الرنين. مقارنة توزيع قوة الأسفار والتباعد بين الأصداء مع القيم من ³⁷. تحديد ترددات الرنين للنظائر المختلفة.
  ملاحظة: قد تم قياس صدى ¹⁷⁴ الماليزي أن حوالي 751.52646(2) تهز. ومع ذلك، هذه القيمة هو إزاحة قليلاً بتأثير دوبلر، والقيمة المقاسة يمكن أن تختلف تبعاً لدقة المقياس الطول الموجي.
مما أدى إلى محاصرة الأيونات. استبدال عامل التصفية ممر الموجه nm 399 بتصفية ممر الموجه nm 369.5
1. ونقل عدسة التصوير وامككد العودة إلى الموقف الذي حصل في الخطوة 2.2.13 حيث أنه يمكن تصويرها fluorescence نانومتر 369.5 المنبعثة من أيونات المحاصرين في امككد. التحقق من المحاذاة لجميع الليزر مرة أخرى بتكرار الخطوة 2.2.12 واستخدام الأشعة فوق البنفسجية والأشعة تحت الحمراء عرض بطاقات للتفتيش البصري للتداخل شعاع.
2. التحقق من أن الفولتية لجنة المساعدة الإنمائيةإعادة تعيين بشكل صحيح. قم بتشغيل مولد الترددات اللاسلكية في وضع طاقة منخفضة جداً وزيادة إنتاج الطاقة تدريجيا. أيضا، تأكد من أن الطاقة المنعكسة من جهاز رنان حلزونية ما زال الحد الأدنى عن طريق مسح التردد الترددات اللاسلكية حول صدى.
  تنبيه: تأكد من أن تضخم الجهد في رقاقة فخ لا يتجاوز الجهد انهيار. في الضغط الجوي، قوة عازلة فيلم SiO ₂ من المعروف أن ما يقرب من 10 ⁷ V/سم، ولكن هذه القيمة لا يمكن أن يفترض في بيئة اوهف. على الرغم من أن لا يقاس الجهد توزيع الدقيق في بيئة اوهف صراحة، 8-ميكرومتر الفجوة القائمة الجانبية من الفخ رقاقة في 10 ^-11-فراغ عربة يقاوم 240 الخامس من الترددات اللاسلكية مطال الجهد في الإعداد التجريبية.
3. تعيين تواتر الليزر 399 نانومتر إلى تردد صدى ¹⁷⁴ الماليزي، حددت في الخطوة 2.3.13. تعيين تواتر الليزر 935-شمال البحر الأبيض المتوسط للنظير المشع ¹⁷⁴ Yb ⁺-
  ملاحظة: مع مقياس الطول موجي، يمكن استخدام 320.57199(1) تهز، لكن نظراً لمحدودية دقة متر الطول الموجي، يمكن أن يكون هناك تباين يصل إلى عشرات ميغاهيرتز.
4. ضبط التردد الليزر 369.5-شمال البحر الأبيض المتوسط في قيمة ~ 100-200 ميغاهرتز أقل من تردد صدى ذلك أنه حتى إذا كان هناك قدر من عدم الدقة بمقياس الطول الموجي، التردد سوف يكون لا يزال detuned الأحمر.
  ملاحظة: هنا، 200 ميغاهرتز detuning هو مطروح من صدى المتوقعة عند تواتر رنانة المتوقعة من ¹⁷⁴ Yb ⁺ حول 811.29152(1) تهز.
5. تشغيل المصدر الحالي للفرن والزيادة الحالية ببطء حتى تصل إلى القيمة الموجودة في الخطوة 2.3.12. انتظر لبضع دقائق. إذا لا أيون المحاصرين، زيادة الحالية التي ~0.1-0.2 أ والانتظار مرة أخرى. إذا كان لا يزال لا المحاصرين أيون، التحقق مما إذا كان RF ينعكس ما زال عند الحد الأدنى وقم تدريجيا بزيادة إنتاج الطاقة من مولد الترددات اللاسلكية-
  تنبيه: تأكد من أن تضخم الجهد في رقاقة فخ لا يتجاوز الجهد المتوقع انهيار.
6. باختصار كتلة الليزر نانومتر 935 والتحقق من ما إذا كان هناك أي تغيير في الصورة-
  ملاحظة: إذا لم تكن الإعدادات امككد (بما في ذلك ضرب إلكترون (م) كسب وقت التعرض والتباين للصورة) ضمن نطاق مناسب، حتى عندما المحاصرين أيون، فإنه ليس من السهل أن أقول ما إذا كان تغيير كثافة محيط المنطقة الملائمة هو سبب أيون محاصرين الحقيقي أو بسبب التغير في بعثرة الليزر نانومتر 369.5. بسبب تصفية الأشعة تحت الحمراء، لا يمكن إظهار الكاميرا امككد أي تغيير في 935 الليزر شمال البحر الأبيض المتوسط، حيث حظر الليزر نانومتر 935 عدم إجراء أي تغيير الصورة عند وجود لا أيون المحاصرين. ومع ذلك، إذا المحاصرين أيون، معدل تشتت الليزر نانومتر 369.5 يسقط كثيرا دون 935 الليزر شمال البحر الأبيض المتوسط. ولذلك، التغيير إلى الصورة امككد الناجمة عن حظر الليزر نانومتر 935 مؤشر جيد على نجاح أيونات الملائمة.
  تنبيه: إذا تم حظر 935 نانومتر الليزر لفترة طويلة جداً، أيون المحاصرين يحصل ساخنة وقد يفلت من الفخ.
7. إيقاف تشغيل الفرن بعد محاصرون الأيونات. في محاولة لإيجاد صدى لليزر نانومتر 369.5 تدريجيا زيادة التواتر.
  ملاحظة: التردد يحصل أقرب إلى صدى، نثر سيزداد المعدل، ولكن حالما يتم عبوره صدى، يبدأ الليزر نانومتر 369.5 تدفئة أيون بدلاً من التبريد هو، الذي بدوره أسباب صورة أيون المحاصرين تصبح غير مستقرة. حالما يتم العثور على تردد صدى الليزر 369.5 شمال البحر الأبيض المتوسط، خفض تواتر الليزر قبل 10 ميغاهيرتز من صدى-
8. مسح تواتر الليزر نانومتر 935 حتى معدل تشتت 369.5 يحصل على أقصى شمال البحر الأبيض المتوسط-
9. ضبط مواقع عدسة التصوير والكاميرا امككد حتى يشحذ صورة أيون-

النتائج

يبين الشكل 7 ميكروجرافس إلكترون المسح (SEM) رقاقة فخ أيون ملفقة. تم بنجاح ملفقة أقطاب الترددات اللاسلكية واقطاب العاصمة الداخلية والخارجي DC كهربائي وفتحه التحميل. أصبحت خشنة الشخصية جدار عازل الركيزة لأنه أودع أكسيد بيكفد في عدة خطوات. واستخدمت الخطوات ترسب متعددة التقليل من آثار الإجهاد المتبقية من أفلام أكسيد سميكة. هذا هو وصف كذلك في النقاش.

الشكل 8 تظهر صورة امككد خمسة ¹⁷⁴Yb⁺ أيونات المحاصرين باستخدام رقاقة فخ أيون ميكروفابريكاتيد. التبريد أيونات المحاصرين يمكن أن تستمر لأكثر من 24 ساعة مع دوبلر المستمر. يمكن ضبط عدد أيونات المحاصرين بين 1 و 20 عن طريق تغيير مجموعة الجهد DC التطبيقية. هذا الإعداد التجريبية موثوقة وقوية جداً وقد تم حاليا في عملية لمدة 50 شهرا.

ويبين الشكل 9 جولات مكوكية من أيونات المحاصرين على طول اتجاه محوري. موقف أيون في الشكل 9b مشردون من أن في الشكل 9 ألف من خلال تعديل موقف الحد الأدنى المحتملة DC عن طريق تغيير الفولتية DC.

ويبين الشكل 10 النتائج الأولية لربيع التذبذب التجارب مع أيون Yb⁺ ¹⁷¹. للحصول على النتائج، وقد استخدمت الأجهزة الإضافية المبينة في هذه الوثيقة التكميلية . وأدرجت النتائج تظهر على إمكانية تطبيق الإعداد التجريبي المبين في هذه الورقة.

figure-results-1627
رقم 1: التخطيطي لفخ أيون السطح. () الأحمر النقاط تمثل الأيونات المحاصرين. أقطاب كهربائية البنى والأصفر يشير إلى أقطاب العاصمة والترددات اللاسلكية، على التوالي. وتظهر الأسهم الرمادية اتجاه الحقل الكهربائي أثناء مرحلة إيجابية من الجهد الترددات اللاسلكية. لاحظ أن لا يتم رسم التخطيطي للمقياس. (ب) عمودي أبعاد الهيكل الكهربائي. (ج) الجانبي أبعاد الهيكل الكهربائي. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

figure-results-2341
الشكل 2: تبسيط رسومات تخطيطية لمستوى الطاقة أيون Yb⁺ ¹⁷⁴ومن ذرة محايدة ¹⁷⁴الماليزي. هو detuned () عندما 369.5 الليزر شمال البحر الأبيض المتوسط إلى جانب أحمر (انخفاض وتيرة) صدى، وانتقال ركوب بين ²ف_1/2 و_1/2 من ²S يقلل من الطاقة الحركية في أيون بسبب دوبلر تأثير. في بعض الأحيان، نسبة تفريع صغيرة ولكنها محدودة يجعل اضمحلال إلكترون من ²ف_1/2 إلى ²د_3/2، ومطلوب ليزر 935-شمال البحر الأبيض المتوسط لعودة الإلكترون إلى الانتقال ركوب الرئيسية. الإلكترون يمكن الانحلال أيضا في حالة ²و_7/2 مرة كل ساعة، في المتوسط، وليزر نانومتر 638 يمكن ضخه من الدولة ²و_7/2 ، ولكن هذا ليس ضروريا لنظام بسيط³⁸. تمثل القيم الموجودة في تدوين كيت إسقاطات مومنتثم الزاوي مجموع ي على طول محور تكميم م_ي. (ب) أن تتأين ذرات محايدة تبخرت من الفرن، عملية امتصاص فوتون اثنين كان يستخدم³⁹. متحمس 399 نانومتر ليزر إلكترون للدولة₁ ¹ف وفوتون نانومتر 369.5 لتبريد دوبلر الطاقة أكثر من اللازم لإزالة الإلكترون متحمس من أيون. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

figure-results-3820
الشكل 3: تلفيق عملية تدفق من فخ أيون السطح. () الحرارية الأكسدة تنمو خمسة آلاف SiO Å سميكة₂ طبقة ولبكفد لطبقة₄ ₃ن سي 2,000 Å سميكة. (ب) النقش الترسيب، وبرنامج المقارنات الدولية لطبقة ال محببة 1.5 ميكرومتر سميكة. (ج) ترسب 14 ميكرومتر سميكة SiO₂ طبقة على كلا الجانبين ليفر استخدام عمليات بيكفد. (د) الزخرفة 14 ميكرومتر سميكة SiO₂ طبقة المودعة في الجزء الأمامي يفر استخدام عملية رية (ه) أودعت الزخرفة 14 ميكرومتر سميكة SiO₂ طبقة في الجزء الخلفي يفر استخدام عملية رية. (و) ترسب 1.5 ميكرومتر سميكة أضاف بن طبقة وطبقة سميكة ميكرومتر SiO بيكفد 1₂ . (ز) عملية الزخرفة طبقة ال 1.5 ميكرومتر سميكة استخدام عملية برنامج المقارنات الدولية و 1 ميكرومتر سميكة SiO₂ طبقة باستخدام رية. (ح) أودعت الزخرفة 14 ميكرومتر سميكة SiO₂ طبقة في الجزء الأمامي يفر استخدام عملية رية. (أنا) عملية الزخرفة للطبقة₂ سميكة Å SiO 5,000 و 2,000 Si Å سمكها₃ن₄ طبقة باستخدام رية. (ي) DRIE الركازة السليكون 450 ميكرون من الجزء الخلفي من يفر. (ك) الرطب-النقش طبقة SiO₂ على أقطاب ال وسيديوالس من ركائز عازل. (ل) اختراق الركازة السليكون من الجبهة من خلال عملية DRIE. لاحظ أن الخطط لا يتم رسمها بمقياس. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

figure-results-5513
الشكل 4: مثال على الجهد DC المحددة المستخدمة فخ أيونات. يمكن أن تعوض الفولتية المطبقة على القضبان الداخلية للحقل الكهربائي غير متماثلة في الاتجاه الأفقي لإمالة، المحاور الرئيسية لإمكانات الكلية في الطائرة عرضية. وكان تواتر فخ المحوري المتولدة عن مجموعة الجهد 550 كيلو هرتز. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

الصفحة ether.within = "1" > figure-results-6154

الرقم 5: التخطيطي للإعداد الضوئية- يتم محاذاة ثلاثة صمام ثنائي ليزر التداخل في موضع تعويض اللون. يسمح منفذ العرض راحة الدائرة اوهف عدسة التصوير وضع السطح في أقرب وقت ممكن إلى شرائح. الوجه مرآة وضعت بين عدسة التصوير وامككد يسمح بمراقبة انتقائية للأسفار أيون باستخدام أما فوتون ضرب أنبوب (PMT) أو امككد. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

figure-results-6762
رقم 6: صور الإعداد المركبة الضوئية. () A هو الجرح حول منفذ العرض الجبهة من الدائرة لتوليد حقل مغناطيسي، التي يمكن كسر مستويات الطاقة تتحول أيونات إيتريوم. (ب) إعداد البصرية للتوجيه 399 نانومتر و 935 نانومتر الحزم. الخطوط الحمراء والخضراء تشير إلى مسار الشعاع 935 نانومتر و 399 نانومتر الليزر، على التوالي. (ج) تكوين التصوير النظام، بما في ذلك الوجه-المرأة وعدسة التصوير وامككد و PMT. يمكن تحديد مسار الأسفار تنبعث من أيونات المحاصرين بالوجه-النسخة المتطابقة. الأسهم الخضراء والبيضاء تشير إلى مسار الأسفار عندما تتم مراقبته من قبل امككد و PMT، على التوالي. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

figure-results-7672
رقم 7: تلفيق نتائج فخ أيون السطح. () نظرة عامة على تخطيط الشريحة. (ب) طريقة عرض تضخيم تخطيط شريحة، والذي يبين أقطاب العاصمة الخارجي متعددة. (ج) طريقة عرض مكبرة لتخطيط شريحة، مما يدل على فتحه تحميل. (د) مستعرضة رأي المنطقة الملائمة قبل اختراق فتحه التحميل. (ﻫ) مستعرضة عرض المنطقة الملائمة بعد اختراق فتحه التحميل. (و) بتضخيم عرض مستعرضة في عنصر أكسيد. قد خشنة دعائم أكسيد الجدران، وأطوال المتراكمة غير كافية، مما يعزى إلى المعدل غير موحدة أحفر SiO₂ في الواجهات بين الطبقات₂ SiO ميكرومتر سميكة 3.5 المودعة بشكل منفصل. (ز) عرض أعلى من لوحة سلك الربط من القطب العاصمة. (ح) عرض مستعرضة من عن طريق. ملامح يميل دعائم أكسيد السماح للاتصال الكهربائي DC وطبقة الأرض خلال ترسب طبقة بن على الجدار في عنصر أكسيد بدلاً من ملء عبر الثقوب مع عملية الطلاء الكهربائي. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

figure-results-8884
الشكل 8: صورة "امككد" خمس ¹⁷⁴Yb⁺ أيونات المحاصرين على رقاقة فخ أيون ميكروفابريكاتيد. اتخذ صورة بنية القطب فخ السطحية كل على حدة، وتم الجمع بين الصور أيون المحاصرين واقطاب كهربائية للوضوح. أسطورة كثافة ينطبق فقط على بكسل في المربع. يظهر السهم سميكة مسار شعاع الليزر نانومتر 369.5 وتمثل الأسهم رقيقة x-و z-مكونات زخم الفوتون. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

figure-results-9533
الشكل 9: تكيف إمكانات محوري من أيونات المحاصرين في سلسلة خطية. () سبعة الأيونات في وسط الفخ. (ب) الأيونات كانت تنقل عشرات ميكرومتر. (ج) السلسلة أيون محشورة في اتجاه محوري. وهذا الرقم يعتبر أفضل فيلم، والذي يتم تحميله بشكل منفصل. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

figure-results-10116
الشكل 10: النتائج التجريبية من ذبذبات ربيع بين | 0 figure-results-10271 و | 1 figure-results-10366 الدول. | 0 figure-results-10465 يتم تعريفها ك ²ق_1/2| F = 0، m_F= 0 figure-results-10602 الدولة لايون Yb⁺ ¹⁷¹، و | 1 figure-results-10722 يتم تعريفها ك ²ق_1/2| F = 1، م_و= 0 figure-results-10859 الدولة. هو فعل التذبذب ربيع ميكروويف 12.6428-غيغاهرتز. إظهار المجالات بلوخ أعلاه المؤامرة الدول الكم المقابلة في أوقات مختلفة. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

الوثيقة التكميلية: اضغط هنا لتحميل هذا المستند.

Discussion

تعرض هذه الورقة طريقة لمحاصرة الأيونات استخدام الفخاخ أيون السطحية ميكروفابريكاتيد. بناء نظام تعويض أيون يتطلب خبرات في مختلف المجالات البحثية ولكن لا وصف سابقا بالتفصيل. هذه الورقة الإجراءات التفصيلية المنصوص ميكروفابريكاتينج شريحة فخ، وكذلك فيما يتعلق ببناء إعداد تجريبية فخ أيونات للمرة الأولى. وقدمت هذه الورقة أيضا إجراءات مفصلة لمحاصرة ¹⁷⁴Yb⁺ الأيونات وتجريب أيونات المحاصرين.

هو عقبة كبيرة تواجه في إجراءات ميكروفابريكيشن ترسب طبقة عازلة، مع سماكة أكثر من 10 ميكرون. أثناء عملية ترسيب طبقة عازلة سميكة، يمكن بناء الإجهاد المتبقية، التي يمكن أن تسبب أضرارا للفيلم عازل أو حتى الخروج الرقاقة. للحد من الضغط المتبقية، وعموما ضاغطة، ينبغي أن يكون معدل ترسب بطيء تستخدم⁴⁰. وفي حالتنا، تم قياس إجهاد ضاغطة 110.4 الآلام والكروب الذهنية مع ظروف ترسب sccm 540 سيح₄ معدل تدفق الغاز، 140 "ث الترددات اللاسلكية" السلطة، وعربة 1.9 من الضغط في سمك الفيلم 5 ميكرومتر. ومع ذلك، توفر هذه الشروط العملية مرجع الخام فقط، نظراً لهذه الظروف يمكن أن تختلف إلى حد كبير لمعدات مختلفة. من أجل الحد من آثار الإجهاد المتراكمة، أودعت ميكرومتر سميكة 3.5 SiO₂ الأفلام التيرناتينجلي على كلا الجانبين ليفر في طريقة عرض. يمكن تقليل سمك الطبقة العازلة المطلوبة إذا مطال الجهد RF أصغر ومن ثم يتم اختيار ضحالة عمق فخ. ومع ذلك، بسهولة ضحالة عمق فخ يؤدي إلى هروب أيونات المحاصرين، حتى تلفيق سماكة الطبقات العازلة، التي يمكن أن تحمل أعلى RF الفولتية، أمر مرغوب فيه أكثر.

وهناك بعض القيود على طريقة تصنيع المعروضة في هذه الورقة. أطوال يتدلى ليست كافية لإخفاء سيديوالس عازل من أيونات المحاصرين، تماما كما هو موضح في الشكل 7f. وعلاوة على ذلك، خشنة سيديوالس دعائم أكسيد، زيادة مساحة مكشوفة سيديوالس العازلة للكهرباء مقارنة بالدعامة أكسيد الرأسي. على سبيل المثال، في حالة الجدار للسكك الحديدية DC الداخلية قرب فتحه التحميل مع عبء موحدة 5 ميكرومتر، يحسب أن 33 في المائة سطح عازل يتعرض لموقف أيون المحاصرين جدار عمودي. في حالة حافة خشنة، يتعرض أكثر من 70 في المائة منطقة الجدار. يمكن حمل هذه النتائج غير المثالية تلفيق حقول إضافية طائشة من العوازل المكشوفة، ولكن الآثار لم يتم قياسها كمياً. ومع ذلك، رقاقة ملفقة كما ذكر أعلاه قد استخدمت بنجاح في تجارب التلاعب كوبيت وأيون الملائمة. وبالإضافة إلى ذلك، كشفت رقاقة فخ المعروضة في هذه الورقة سيديوالس السليكون قرب فتحه التحميل. يمكن أن تنمو على السطوح السليكون أكسيد الأصلي ويمكن أن يؤدي في حقول إضافية طائشة. لذلك، من المستحسن حماية الركيزة السيليكون مع طبقة معدنية إضافية، كما هو الحال في³³.

فخ أيونات الماليزي⁺ ¹⁷⁴، ينبغي أن استقرت الترددات الليزر داخل بضع عشرات من ميغاهرتز، وعدد قليل من الطرق المختلفة تناقش في الأجهزة المتقدمة³⁸^،⁴¹. لإعداد بسيطة وناقش في هذه الورقة، الأولية الملائمة غير ممكن إلا بتحقيق الاستقرار باستخدام مقياس الطول موجي.

قدمت هذه الورقة وضع بروتوكول لفخ أيونات الماليزي⁺ ¹⁷⁴استخدام شرائح أيون-فخ سطحية ميكروفابريكاتيد. على الرغم من أن البروتوكول لمحاصرة الأيونات الماليزي⁺ ¹⁷¹لا تناقش على وجه التحديد، يمكن استخدام الإعداد التجريبية المبينة في هذه الورقة أيضا إلى اعتراض ¹⁷¹Yb⁺ الأيونات والتلاعب بحالة كوبيت ¹⁷¹أيونات الماليزي⁺ للحصول على ربيع نتائج التذبذب (هو موضح في الشكل 10). يمكن أن يتم ذلك بإضافة التضمين البصري عدة لإخراج الليزر واستخدام إعداد ميكروويف، كما هو موضح في الوثيقة التكميلية.

وفي الختام، يمكن استخدام الأساليب التجريبية والنتائج المعروضة في هذه الورقة تطوير مختلف تطبيقات المعلومات الكم باستخدام السطح أيون الفخاخ.

Disclosures

الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.

Acknowledgements

هذا البحث تم دعمها جزئيا من وزارة العلوم، تكنولوجيا المعلومات والاتصالات، وتخطيط المستقبل (مسيب)، وكوريا، وتحت مركز بحوث تكنولوجيا المعلومات (ITRC) ودعم البرنامج (إييتب-2017-2015-0-00385) والبحث والتطوير في تكنولوجيا المعلومات والاتصالات & د البرنامج (10043464، تطوير الكم مكرر التكنولوجيا لتطبيق نظم الاتصالات)، تحت إشراف معهد المعلومات & تعزيز تكنولوجيا الاتصالات (إييتب).

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
photoresist used for 2-μm spin coating	AZ Materials	AZ7220	Discontinued. Easily replaced by other alternative photoresist product.
photoresist used for 6-μm spin coating	AZ Materials	AZ4620	Discontinued. Easily replaced by other alternative photoresist product.
ceramic chip carrier	NTK	IPKX0F1-8180BA
epoxy compound	Epotek	353ND
Plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) system	Oxford Instruments	PlasmaPro System100
Low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) system	Centrotherm	E-1200
Furnace	Seltron	SHF-150
Sputter	Muhan Vacuum	MHS-1500
Manual aligner	Karl-Suss	MA-6
Deep Si etcher	Plasma-Therm	SLR-770-10R-B
Inductive coupled plasma (ICP) etcher	Oxford Instruments	PlasmaPro System100 Cobra
Reactive ion etching (RIE) etcher	Applied Materials	P-5000
Boundary element method (BEM) software	CPO Ltd.	Charged Particle Optics
Single crystaline (100) silicon wafer	STC	4SWP02	100 mm / (100) / P-type / SSP / 525±25 μm
metal tubes	Mcmaster-carr	89935K69	316 Stainless Steel Tubing, 0.042" OD, 0.004" Wall Thickness
Yb piece	Goodfellow	YB005110	Ytterbium wire, purity 99.9%
enriched ¹⁷¹Yb	Oak Ridge National Laboratory	Yb-171	https://www.isotopes.gov/catalog/product.php?element=Ytterbium
tantalum foil	The Nilaco Corporation	TI-453401	0.25x130x100mm 99.5%
Kapton-insulated copper wire	Accu-glass	18AWG (silver plated copper wire kapton insulted)
residual gas analyzer (RGA)	SRS	RGA200
turbo pump	Agilent	Twistorr84 FS
all-metal valve	KJL	manual SS All-Metal Angle Valves (CF flanged)
Leak detector (used as a rough pump)	Varian	PD03
ion gauges	Agilent	UHV-24p
ion pump	Agilent	VacIon Plus 20
NEG pump	SAES Getters	CapaciTorr D400
spherical octagon	Kimball Physics	MCF600-SphOct-F2C8
ZIF socket	Tactic Electronics	P/N 100-4680-002A
multi-pin feedthroughs	Accu-Glass	6-100531
25 D-sub gender adapters	Accu-Glass	104101
Recessed viewport	Culham Centre for Fusion Energy	100CF 316LN+20.9 Re-Entrant 316 (Custom order)	Disc material: 60cv Fused Silica 4mm THK, TWE Lambda 1/10, 20/10 Scratch-Dig
Recessed viewport AR coating	LaserOptik	AR355nm/0-6° HT370-650nm/0-36° on UHV (Custom order)	AR coating was performed in the middle of the fabrication of the recessed viewport
Digital-analog converter	AdLink	PCIe-6216V-GL
369.5nm laser	Toptica	TA-SHG Pro
369.5nm laser	Moglabs	ECD004 + 370LD10 + DLC102/HC
399nm laser	Toptica	DL 100
935nm laser	Toptica	DL 100
369.5nm & 399nm optical fiber	Coherent	NUV-320-K1	Patch cables are connectorized by Costal Connections.
935nm optical fiber	GouldFiber Optics	PSK-000626	50/50 fiber beam splitter made of Corning HI-780 single mode fiber to combine 935nm and 638nm together.
Wavelength meter	High Finesse	WSU-2
temporary mirror	Thorlabs	PF10-03-P01
Dichroic mirror	Semrock	FF647-SDi01-25x36
369.5nm & 399nm collimator	Micro Laser Systems	FC5-UV-T/A
935nm collimator	Schäfter + Kirchhoff	60FC-0-M8-10
369.5nm focusing lens	CVI	PLCX-25.4-77.3-UV-355-399	Focal length: ~163mm @ 369.5nm
399nm & 935nm focusing lens	CVI	PLCX-25.4-64.4-UV-355-399	Focal length: ~137mm @ 399nm, ~143mm @ 935nm
imaging lens	Photon Gear	P/N 15470
369.5nm bandpass filter	Semrock	FF01-370/6-25
399nm bandpass filter	Semrock	FF01-395/11-25
IR filter	Semrock	FF01-650/SP-25
EMCCD camera	Andor Technology	DU-897U-CS0-EXF
PMT	Hamamatsu	H10682-210

References

Wineland, D. J. Nobel Lecture: Superposition, entanglement, and raising Schrödinger's cat. Rev Mod Phys. 85 (3), 1103 (2013).
Blatt, R., Wineland, D. Entangled states of trapped atomic ions. Nature. 453 (7198), 1008-1015 (2008).
Leibfried, D., Blatt, R., Monroe, C., Wineland, D. Quantum dynamics of single trapped ions. Rev Mod Phys. 75 (1), 281 (2003).
Paul, W. Electromagnetic traps for charged and neutral particles. Rev Mod Phys. 62 (3), 531 (1990).
Rosenband, T., et al. Frequency ratio of Al+ and Hg+ single-ion optical clocks; metrology at the 17th decimal place. Science. 319 (5871), 1808-1812 (2008).
Dawson, P. H. . Quadrupole mass spectrometry and its applications. , (2013).
Ladd, T. D., Jelezko, F., Laflamme, R., Nakamura, Y., Monroe, C., O'Brien, J. L. Quantum computers. Nature. 464 (7285), 45-53 (2010).
Monz, T., et al. Realization of a scalable Shor algorithm. Science. 351 (6277), 1068-1070 (2016).
Debnath, S., Linke, N. M., Figgatt, C., Landsman, K. A., Wright, K., Monroe, C. Demonstration of a small programmable quantum computer with atomic qubits. Nature. 536 (7614), 63-66 (2016).
Blatt, R., Roos, C. F. Quantum simulations with trapped ions. Nature Phys. 8 (4), 277-284 (2012).
Kielpinski, D., Monroe, C., Wineland, D. J. Architecture for a large-scale ion-trap quantum computer. Nature. 417 (6890), 709-711 (2002).
Moehring, D. L., et al. Design, fabrication and experimental demonstration of junction surface ion traps. New J Phys. 13 (7), 075018 (2011).
Wright, K., et al. Reliable transport through a microfabricated X-junction surface-electrode ion trap. New J Phys. 15 (3), 033004 (2013).
Amini, J. M., et al. Toward scalable ion traps for quantum information processing. New J Phys. 12 (3), 033031 (2010).
Sterling, R. C., et al. Fabrication and operation of a two-dimensional ion-trap lattice on a high-voltage microchip. Nat Commun. 5, (2014).
Kumph, M., et al. Operation of a planar-electrode ion-trap array with adjustable RF electrodes. New J Phys. 18 (2), 023047 (2016).
Mielenz, M., et al. Arrays of individually controlled ions suitable for two-dimensional quantum simulations. Nat Commun. 7, (2016).
Stick, D., Hensinger, W. K., Olmschenk, S., Madsen, M. J., Schwab, K., Monroe, C. Ion trap in a semiconductor chip. Nat Phys. 2 (1), 36-39 (2006).
Harty, T. P., et al. High-fidelity preparation, gates, memory, and readout of a trapped-ion quantum bit. Phys Rev Lett. 113 (22), 220501 (2014).
Cho, D., Hong, S., Lee, M., Kim, T. A review of silicon microfabricated ion traps for quantum information processing. Micro Nano Sys Lett. 3 (1), 1-12 (2015).
Weidt, S., et al. Trapped-ion quantum logic with global radiation fields. Phys Rev Lett. 117 (22), 220501 (2016).
Monroe, C., Kim, J. Scaling the ion trap quantum processor. Science. 339 (6124), 1164-1169 (2013).
Brown, K. R., Kim, J., Monroe, C. Co-designing a scalable quantum computer with trapped atomic ions. npj Quantum Inf. 2, 16034 (2016).
Lekitsch, B., et al. Blueprint for a microwave trapped-ion quantum computer. Science Adv. 3 (2), e1601540 (2017).
Reichel, J., Vuletic, V. . Atom chips. , (2011).
Ghosh, P. K., ed, ,. 1. s. t. . Ion Traps. , (1995).
Wesenberg, J. H. Electrostatics of surface-electrode ion traps. Phys Rev A. 78 (6), 063410 (2008).
House, M. G. Analytic model for electrostatic fields in surface-electrode ion traps. Phys Rev A. 78 (3), 033402 (2008).
Hong, S., Lee, M., Cheon, H., Kim, T., Cho, D. I. Guidelines for Designing Surface Ion Traps Using the Boundary Element Method. Sensors. 16 (5), 616 (2016).
Allcock, D. T. C., et al. Implementation of a symmetric surface-electrode ion trap with field compensation using a modulated Raman effect. New J Phys. 12 (5), 053026 (2010).
Chiaverini, J., et al. Surface-electrode architecture for ion-trap quantum information processing. Quantum Inf Comput. 5 (6), 419-439 (2005).
Allcock, D. T. C., et al. Heating rate and electrode charging measurements in a scalable, microfabricated, surface-electrode ion trap. Appl Phys B. 107 (4), 913-919 (2012).
. Demonstration of a microfabricated surface electrode ion trap Available from: https://arxiv.org/abs/1008.0990 (2010)
Allcock, D. T. C., et al. Reduction of heating rate in a microfabricated ion trap by pulsed-laser cleaning. New J Phys. 13 (12), 123023 (2011).
Mount, E., et al. Single qubit manipulation in a microfabricated surface electrode ion trap. New J Phys. 15 (9), 093018 (2013).
Siverns, J. D., Simkins, L. R., Weidt, S., Hensinger, W. K. On the application of radio frequency voltages to ion traps via helical resonators. Appl Phys B. 107 (4), 921-934 (2012).
Kleinert, M., Dahl, M. E. G., Bergeson, S. Measurement of the Yb I 1S0−1P1 transition frequency at 399 nm using an optical frequency comb. Phys Rev A. 94 (5), 052511 (2016).
Olmschenk, S., Younge, K. C., Moehring, D. L., Matsukevich, D. N., Maunz, P., Monroe, C. Manipulation and detection of a trapped Yb+ hyperfine qubit. Phys Rev A. 76 (5), 052314 (2007).
Sansonetti, J. E., Martin, W. C., Young, S. L. . Handbook of Basic Atomic Spectroscopic Data. , (2013).
Kern, W. . Thin film processes II. , (2012).
Streed, E. W., Weinhold, T. J., Kielpinski, D. Frequency stabilization of an ultraviolet laser to ions in a discharge. Appl Phys Lett. 93 (7), 071103 (2008).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

126

This article has been published

Video Coming Soon

Keep me updated:

طرق تجريبية لمحاصرة الأيونات باستخدام ميكروفابريكاتيد السطحية الفخاخ أيون

In This Article

Summary

Abstract

Introduction

Protocol

النتائج

Discussion

Disclosures

Acknowledgements

Materials

References

Reprints and Permissions

Explore More Articles