Bu araştırma bilim Bakanlığı tarafından ICT, kısmen desteklenen ve Gelecek Planlama (MSIP), Kore, bilgi teknolojisi Araştırma Merkezi (ITRC) altında destek programı (IITP-2017-2015-0-00385) ve ICT R &#38; D programı (10043464, gelişimi Kuantum Tekrarlayıcı teknolojisi uygulama iletişim sistemleri için), gözetim altında bilgi Enstitüsü tarafından &#38; iletişim teknolojisi promosyon (IITP).

<ol>
	<li>Wineland, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nobel+Lecture:+Superposition,+entanglement,+and+raising+Schr&#246;dinger's+cat.">Nobel Lecture: Superposition, entanglement, and raising Schr&#246;dinger's cat.</a> Rev Mod Phys. 85 (3), 1103 (2013).</li><li>Blatt, R., Wineland, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Entangled+states+of+trapped+atomic+ions.">Entangled states of trapped atomic ions.</a> Nature. 453 (7198), 1008-1015 (2008).</li><li>Leibfried, D., Blatt, R., Monroe, C., Wineland, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantum+dynamics+of+single+trapped+ions.">Quantum dynamics of single trapped ions.</a> Rev Mod Phys. 75 (1), 281 (2003).</li><li>Paul, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electromagnetic+traps+for+charged+and+neutral+particles.">Electromagnetic traps for charged and neutral particles.</a> Rev Mod Phys. 62 (3), 531 (1990).</li><li>Rosenband, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Frequency+ratio+of+Al++and+Hg++single-ion+optical+clocks;+metrology+at+the+17th+decimal+place.">Frequency ratio of Al+ and Hg+ single-ion optical clocks; metrology at the 17th decimal place.</a> Science. 319 (5871), 1808-1812 (2008).</li><li>Dawson, P. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Quadrupole mass spectrometry and its applications. , (2013).</li><li>Ladd, T. D., Jelezko, F., Laflamme, R., Nakamura, Y., Monroe, C., O'Brien, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantum+computers.">Quantum computers.</a> Nature. 464 (7285), 45-53 (2010).</li><li>Monz, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Realization+of+a+scalable+Shor+algorithm.">Realization of a scalable Shor algorithm.</a> Science. 351 (6277), 1068-1070 (2016).</li><li>Debnath, S., Linke, N. M., Figgatt, C., Landsman, K. A., Wright, K., Monroe, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Demonstration+of+a+small+programmable+quantum+computer+with+atomic+qubits.">Demonstration of a small programmable quantum computer with atomic qubits.</a> Nature. 536 (7614), 63-66 (2016).</li><li>Blatt, R., Roos, C. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantum+simulations+with+trapped+ions.">Quantum simulations with trapped ions.</a> Nature Phys. 8 (4), 277-284 (2012).</li><li>Kielpinski, D., Monroe, C., Wineland, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Architecture+for+a+large-scale+ion-trap+quantum+computer.">Architecture for a large-scale ion-trap quantum computer.</a> Nature. 417 (6890), 709-711 (2002).</li><li>Moehring, D. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design,+fabrication+and+experimental+demonstration+of+junction+surface+ion+traps.">Design, fabrication and experimental demonstration of junction surface ion traps.</a> New J Phys. 13 (7), 075018 (2011).</li><li>Wright, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reliable+transport+through+a+microfabricated+X-junction+surface-electrode+ion+trap.">Reliable transport through a microfabricated X-junction surface-electrode ion trap.</a> New J Phys. 15 (3), 033004 (2013).</li><li>Amini, J. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Toward+scalable+ion+traps+for+quantum+information+processing.">Toward scalable ion traps for quantum information processing.</a> New J Phys. 12 (3), 033031 (2010).</li><li>Sterling, R. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+and+operation+of+a+two-dimensional+ion-trap+lattice+on+a+high-voltage+microchip.">Fabrication and operation of a two-dimensional ion-trap lattice on a high-voltage microchip.</a> Nat Commun. 5, (2014).</li><li>Kumph, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Operation+of+a+planar-electrode+ion-trap+array+with+adjustable+RF+electrodes.">Operation of a planar-electrode ion-trap array with adjustable RF electrodes.</a> New J Phys. 18 (2), 023047 (2016).</li><li>Mielenz, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Arrays+of+individually+controlled+ions+suitable+for+two-dimensional+quantum+simulations.">Arrays of individually controlled ions suitable for two-dimensional quantum simulations.</a> Nat Commun. 7, (2016).</li><li>Stick, D., Hensinger, W. K., Olmschenk, S., Madsen, M. J., Schwab, K., Monroe, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ion+trap+in+a+semiconductor+chip.">Ion trap in a semiconductor chip.</a> Nat Phys. 2 (1), 36-39 (2006).</li><li>Harty, T. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-fidelity+preparation,+gates,+memory,+and+readout+of+a+trapped-ion+quantum+bit.">High-fidelity preparation, gates, memory, and readout of a trapped-ion quantum bit.</a> Phys Rev Lett. 113 (22), 220501 (2014).</li><li>Cho, D., Hong, S., Lee, M., Kim, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+of+silicon+microfabricated+ion+traps+for+quantum+information+processing.">A review of silicon microfabricated ion traps for quantum information processing.</a> Micro Nano Sys Lett. 3 (1), 1-12 (2015).</li><li>Weidt, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Trapped-ion+quantum+logic+with+global+radiation+fields.">Trapped-ion quantum logic with global radiation fields.</a> Phys Rev Lett. 117 (22), 220501 (2016).</li><li>Monroe, C., Kim, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scaling+the+ion+trap+quantum+processor.">Scaling the ion trap quantum processor.</a> Science. 339 (6124), 1164-1169 (2013).</li><li>Brown, K. R., Kim, J., Monroe, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Co-designing+a+scalable+quantum+computer+with+trapped+atomic+ions.">Co-designing a scalable quantum computer with trapped atomic ions.</a> npj Quantum Inf. 2, 16034 (2016).</li><li>Lekitsch, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Blueprint+for+a+microwave+trapped-ion+quantum+computer.">Blueprint for a microwave trapped-ion quantum computer.</a> Science Adv. 3 (2), e1601540 (2017).</li><li>Reichel, J., Vuletic, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Atom chips. , (2011).</li><li>Ghosh, P. K., ed, ,. 1. s. t. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Ion Traps. , (1995).</li><li>Wesenberg, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrostatics+of+surface-electrode+ion+traps.">Electrostatics of surface-electrode ion traps.</a> Phys Rev A. 78 (6), 063410 (2008).</li><li>House, M. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analytic+model+for+electrostatic+fields+in+surface-electrode+ion+traps.">Analytic model for electrostatic fields in surface-electrode ion traps.</a> Phys Rev A. 78 (3), 033402 (2008).</li><li>Hong, S., Lee, M., Cheon, H., Kim, T., Cho, D. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Guidelines+for+Designing+Surface+Ion+Traps+Using+the+Boundary+Element+Method.">Guidelines for Designing Surface Ion Traps Using the Boundary Element Method.</a> Sensors. 16 (5), 616 (2016).</li><li>Allcock, D. T. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Implementation+of+a+symmetric+surface-electrode+ion+trap+with+field+compensation+using+a+modulated+Raman+effect.">Implementation of a symmetric surface-electrode ion trap with field compensation using a modulated Raman effect.</a> New J Phys. 12 (5), 053026 (2010).</li><li>Chiaverini, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface-electrode+architecture+for+ion-trap+quantum+information+processing.">Surface-electrode architecture for ion-trap quantum information processing.</a> Quantum Inf Comput. 5 (6), 419-439 (2005).</li><li>Allcock, D. T. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heating+rate+and+electrode+charging+measurements+in+a+scalable,+microfabricated,+surface-electrode+ion+trap.">Heating rate and electrode charging measurements in a scalable, microfabricated, surface-electrode ion trap.</a> Appl Phys B. 107 (4), 913-919 (2012).</li><li>. Demonstration of a microfabricated surface electrode ion trap Available from: <a target="_blank" href="https://arxiv.org/abs/1008.0990">https://arxiv.org/abs/1008.0990</a> (2010)</li><li>Allcock, D. T. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reduction+of+heating+rate+in+a+microfabricated+ion+trap+by+pulsed-laser+cleaning.">Reduction of heating rate in a microfabricated ion trap by pulsed-laser cleaning.</a> New J Phys. 13 (12), 123023 (2011).</li><li>Mount, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single+qubit+manipulation+in+a+microfabricated+surface+electrode+ion+trap.">Single qubit manipulation in a microfabricated surface electrode ion trap.</a> New J Phys. 15 (9), 093018 (2013).</li><li>Siverns, J. D., Simkins, L. R., Weidt, S., Hensinger, W. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=On+the+application+of+radio+frequency+voltages+to+ion+traps+via+helical+resonators.">On the application of radio frequency voltages to ion traps via helical resonators.</a> Appl Phys B. 107 (4), 921-934 (2012).</li><li>Kleinert, M., Dahl, M. E. G., Bergeson, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+the+Yb+I+1S0&#8722;1P1+transition+frequency+at+399+nm+using+an+optical+frequency+comb.">Measurement of the Yb I 1S0&#8722;1P1 transition frequency at 399 nm using an optical frequency comb.</a> Phys Rev A. 94 (5), 052511 (2016).</li><li>Olmschenk, S., Younge, K. C., Moehring, D. L., Matsukevich, D. N., Maunz, P., Monroe, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Manipulation+and+detection+of+a+trapped+Yb++hyperfine+qubit.">Manipulation and detection of a trapped Yb+ hyperfine qubit.</a> Phys Rev A. 76 (5), 052314 (2007).</li><li>Sansonetti, J. E., Martin, W. C., Young, S. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Handbook of Basic Atomic Spectroscopic Data. , (2013).</li><li>Kern, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Thin film processes II. , (2012).</li><li>Streed, E. W., Weinhold, T. J., Kielpinski, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Frequency+stabilization+of+an+ultraviolet+laser+to+ions+in+a+discharge.">Frequency stabilization of an ultraviolet laser to ions in a discharge.</a> Appl Phys Lett. 93 (7), 071103 (2008).</li></ol>

Yazarlar ifşa gerek yok.

Bu kağıt için bindirme iyonları microfabricated yüzey iyon tuzakları kullanarak bir yöntem mevcuttur. Bir iyon yakalama sistemi inşaatı deneyimlerini çeşitli araştırma alanlarında gerektirir ama daha önce ayrıntılı olarak açıklanan değil. Bu kağıt microfabricating iyonları ilk kez yakalamak için deneysel bir kurulum oluşturma gelince de bir tuzak çip için ayrıntılı yordamlar sağlanmıştır. Bu yazıda da 174Yb+ iyonları bindirme ve kapana kısılmış iyonları ile deneme için ayrıntılı yordamlar sağladı.
Dielektrik katman birikimi 10 µm kalınlığında, microfabrication yordamlarda karşı karşıya bir önemli engeldir. Hangi Dielektrik filmin zarar veya bile gofret kırmak kalın yalıtkan tabaka biriktirme işlemi sırasında kalan stres inşa edebilirsiniz. Genellikle basınç kalan stres azaltmak için yavaş biriktirme oranı kullanılan40olmalıdır. Bizim durumumuzda 110.4 MPa basınç stres SiH4 gaz debisi, 140 W RF güç ve baskı 5-µm film kalınlığı, 1.9 Torr 540 sccm ifade şartlar ile ölçüldü. Bu koşullar önemli ölçüde farklı donanımları için değişebilir ancak, bu işlem koşulları yalnızca kaba bir başvuru sağlar. Birikmiş stresin etkilerini azaltmak için 3,5 µm kalınlığında SiO2 filmleri alternatingly gofret sunulan yöntem her iki tarafında tevdi. Eğer daha küçük bir RF voltaj genlik Dielektrik katman gerekli kalınlığı azaltılabilir ve dolayısıyla sığ bir tuzak derinlik seçilir. Ancak, yüksek RF voltaj dayanabilir, kalın Dielektrik katmanları imalatı daha arzu edilir böylece sığ bir tuzak derinlik kapana kısılmış iyonları, kaçış için kolayca yol açar.
Bu raporda sunulan imalat yöntemi için bazı sınırlamalar vardır. Çıkıntılar uzunlukları şekil 7fiçinde gösterildiği gibi tamamen kapana kısılmış iyonları üzerinden Dielektrik yanağında gizlemek yeterli değildir. Ayrıca, dikey oksit ayağı göre Dielektrik yanağında açık alan artan oksit ayağı yanağında Çizimimdeki. Örneğin, 5 mikron Tekdüzen çıkıntı ile yükleme yuvası yakınındaki iç DC Ray kenarındaki söz konusu olduğunda, Dielektrik yüzeyinin % 33 dikey yan kapana kısılmış iyon konumunu maruz hesaplanır. Pürüzlü kenar durumda yan alan % 70'den fazla maruz kalmaktadır. Bu ideal olmayan uydurma sonuçlara maruz Dielektrik ek sokak alanları teşvik edebilirsiniz ama etkileri değil nicelik ölçülen var. Yine de, yukarıdaki uydurma kozu olarak bildirilen iyon bindirme ve qubit'e manipülasyon deneyler başarıyla kullanılmıştır. Buna ek olarak, bu yazıda sunulan tuzak çip silikon yanağında yükleme yuvası yakınındaki koymuştur. Yerel oksit silikon yüzeylerde büyüyebilir ve ek sokak alanlara yol açabilir. Bu nedenle, bu silikon substrat33olduğu gibi ek bir metal tabaka ile korumak için tavsiye edilir.
174Yb+ iyonları bindirmek için birkaç onlarca MHz içinde lazerler frekansları stabilize ve birkaç farklı yöntem gelişmiş kurulumları38,41içinde ele alınmıştır. Ancak, bu makalede açıklanan basit kurulum için ilk bindirme sadece bir dalga boyu ölçeri kullanmayı stabilization ile mümkündür.
Bu kağıt 174Yb+ iyonları microfabricated yüzey iyon kapanı çip kullanarak yakalamak için bir protokol sağlanan. 171Yb+ iyonları bindirme için protokol özellikle tartışılmamış rağmen bu yazıda açıklanan deneysel Kur aynı zamanda 171Yb+ iyonları tuzağa düşürmek ve 171 qubit'e durumunu işlemek için kullanılabilir Yb+ iyonları Rabi salınım sonuçları (gösterildiği şekil 10) elde etmek için. Bu lazerlerin çıkış için çeşitli optik modülatörler ekleyerek ve Ek belgeiçinde açıklandığı gibi bir mikrodalga Kur kullanarak yapılabilir.
Sonuç olarak, deneysel yöntem ve sonuçları bu raporda sunulan çeşitli Kuantum bilgi yüzey iyon tuzakları kullanarak uygulamalar geliştirmek için kullanılabilir.

Paul tuzak iyonları bir statik elektrik alanı ve değişen bir elektrik alanı radyo frekans (RF), salınan bir arada kullanarak boş alanda da dahil olmak üzere yüklü parçacıklar, şlemiyle ve tuzağa sınırlı iyonların kuantum Birleşik ölçülebilir ve 1,2,3kontrol. Böyle iyon tuzaklar aslında optik saatler ve kütle spektroskopisi4,5,6gibi hassas ölçüm uygulamalar için geliştirilmiştir. Bir ultra-yüksek ideal izolasyon kapana kısılmış iyonları, örneğin uzun tutarlılık zamanları, arzu edilen özellikleri Kuantum bilgi işleme uygulamak için fiziksel bir platform atfedilen gibi son yıllarda, bu iyon tuzakları da aktif olarak araştırılmalıdır Vakum (UHV) çevre ve fizibilite bireysel qubit'e manipülasyon7,8,9,10. Beri Kielpinski ve ark. 11 kuantum bilgisayarları, yüzey tuzakları, junction tuzakları12,13, çoklu alan tuzak cips14ve 2-b dizi de dahil olmak üzere çeşitli geliştirmek için kullanılan bir ölçeklenebilir iyon kapanı mimarisi önerilen tuzaklar15,16,17, işlemi elde edilen yarı iletken microfabrication yöntemleri18,19,20,21 kullanarak geliştirilmiştir . Büyük ölçekli Kuantum bilgi işleme sistem yüzeyde dayalı tuzakları de22,23,24tartışıldı.
Bu kağıt microfabricated yüzey iyon tuzakları kullanarak bindirme iyonları için deneysel yöntemler sunar. Daha ayrıntılı olarak, yüzey iyon tuzaklar ve fabrikasyon tuzakları kullanarak bindirme iyonları için detaylı bir yordam imalatı için bir yordam açıklanır. Buna ek olarak, deneysel sistemini kurduktan ve iyonları bindirme için çeşitli pratik teknikleri ayrıntılı açıklamalar Ek belgetemin edilmektedir.
Metodoloji microfabricating için 1. adımda bir yüzey iyon kapanı verilir. Şekil 1 bir yüzey iyon kapanı basitleştirilmiş bir şematik gösterir. Transvers düzlemde elektrotlar uygulanan gerilim tarafından üretilen elektrik alanı da25gösterilir. Diğer elektrotlar RF yere korunurken bir RF voltaj RF elektrotlar, çiftine uygulanır; RF voltaj tarafından oluşturulan ponderomotive potansiyel26 Radyal yönde iyonları confines. Birden çok DC elektrotlar RF elektrotlar dışında uygulanan doğru akım (DC) gerilim boyuna yönde iyonları hapsedin. RF elektrot arasındaki iç raylar transvers düzlemde toplam potansiyel asıl eksenlerini eğimli yardımcı olmak üzere tasarlanmıştır. Bir DC gerilim set tasarımı için metodoloji Ek belgedahil. Buna ek olarak,27,28,29,30,31' temel geometrik parametre yüzey iyon kapanı fiş tasarlamak için daha fazla ayrıntı bulunabilir.
1. adımda tanıttı imalat yöntemi aşağıdaki yönleri dikkate alınarak tasarlanmıştır. İlk olarak, elektrot katmanı ve toprak katmanı arasında Dielektrik katmanı Katmanlar arasında elektriksel delinme önlemek için yeterince kalın olmalıdır. Genellikle, kalınlığı 10µm üzerinde olması gerekir. Kalın yalıtkan tabaka biriktirme sırasında kalan stres yatırılan filmlerden Selam substrat veya yatırılan filmleri için neden olabilir. Böylece, artık stres kontrol yüzey iyon tuzakları imalatı anahtar teknikleri biridir. Sokak ücretleri Dielektrik malzeme üzerinde hangi rasgele bir vardiyada dönüş sonuçlarını iyon pozisyon dağınık ultraviyole (UV) lazerler tarafından indüklenen çünkü İkincisi, iyon konum Dielektrik yüzeylere pozlama indirilmelidir. Açık alan çıkıntı elektrot yapıları tasarlama tarafından azaltılabilir. Bu iyon tuzakları ile elektrot çıkıntılar tipik deneysel koşullar32altında şarj için dirençli yüzey bildirilmiştir. Üçüncü, çeşitli yatırılan Filmler, dahil olmak üzere tüm malzemeler, 200 ° C yaklaşık 2 hafta boyunca pişirme dayanmak gerekir ve tüm malzemelerden fışkırması miktarını UHV ortamlarıyla uyumlu olmalıdır. Yüzey iyon kapanı cips microfabricated bu kağıt tasarımını başarıyla çeşitli deneyler32,33,34, kullanılan33, tuzak tasarımdan temel 35. daha sonra nötr atomların yükleme fotoğraf-bindirme için iyonize için bu tasarım bir slot çip ortasında içerdiğini unutmayın.
İyon kapanı çip fabrikasyon sonra çip monte ve elektrikle altın bağ kablo kullanarak çip taşıyıcı bağlı. Çip taşıyıcı sonra UHV odasında yüklenir. Bir tuzak küçük parça paket ve UHV odası tasarım hazırlanması için ayrıntılı bir yönerge Ek belgetemin edilmektedir.
Optik ve Elektriksel ekipman yanı sıra deneysel prosedürler hazırlanması için bindirme iyonları, 2. adımda ayrıntılarıyla açıkladı. Potansiyel ponderomotive tarafından tuzağa iyonları genellikle çevresindeki elektrik alanı, sürekli artar iyonların ortalama kinetik enerji dalgalanması tabi vardır. Lazer Doppler vardiyasında dayalı soğutma aşırı enerji iyonları hareket kaldırmak için kullanılabilir. Şekil 2 bir 174Yb+ iyon ve tarafsız 174Yb atom Basitleştirilmiş enerji düzeyi diyagramları gösterir. Foto-iyonizasyon tarafsız 174Yb atomların 399-nm lazer gerekirken Doppler 174Yb+ iyonları soğutma 369.5-nm lazer ve 935-nm lazer gerektirir. Adım 2.2 ve 2.3 bu lazerler yüzey iyon kapanı chip ve Foto-iyonizasyon için uygun koşullar bulmak için bir yordam için hizalamak için verimli bir yöntem açıklanmaktadır. Optik ve elektriksel bileşenlerin hazırlanır sonra iyonları bindirme nispeten basittir. Deneysel olarak sırası bindirme iyonları için adım 2.4 sunulur.

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

experimental methods for trapping ions using microfabricated surface ion traps

Bir quadrupole Paul tuzak tuzağa iyonları bir kuantum bilgi işleme uygulamak için güçlü fiziksel adaylar kabul edilmiştir. Bu onların uzun tutarlılık zaman ve onların yeteneklilik-e doğru değiştirmek ve bireysel kuantum bit (qubits) algılamak gelir. Daha yakın yıllarda, microfabricated yüzey iyon tuzakları büyük ölçekli tümleşik qubit'e platformlar için daha fazla dikkat aldık. Bu kağıt iyon mikro-elektro-mekanik sistem (MEMS) teknolojisini kullanarak tuzakları için bir microfabrication metodoloji sunar, bir 14 µm kalınlığında Dielektrik katman ve metal imalat yöntemi dahil yapıları Dielektrik katman üzerinde çıkıntı. Buna ek olarak, 369.5 kullanarak iterbiyum (Yb) iyonları, izotop 174 (174Yb+) yakalama için deneysel bir işlem nm, 399 nm, ve 935 nm diyot lazerler açıklanmıştır. Birçok bilimsel ve mühendislik disiplinleri bu metodolojileri ve yordamlar içerir ve bu kağıt ilk ayrıntılı deneysel yordamlar sunar. Bu makalede açıklanan yöntemleri kolayca Yb iyonları izotop 171 (171Yb+), bindirme ve qubits manipülasyon için uzatılabilir.

Şekil 7 fabrikasyon iyon kapanı çipin tarama elektron Filmler (SEM) gösterir. RF elektrotlar, iç DC elektrotlar, dış DC elektrotlar ve yükleme yarık başarıyla imal. PECVD oksit birkaç adımda yatırılması çünkü Dielektrik sütun yan profil pürüzlü oldu. Birden çok ifade adımları kalın oksit Filmler artık stresin etkilerini en aza indirmek için kullanılmıştır. Bu daha fazla tartışmatanımlanır.

Şekil 8 microfabricated iyon kapanı çip kullanarak tuzağa beş 174Yb+ iyonları EMCCD görüntüsünü gösterir. Kapana kısılmış iyonları soğutma ile sürekli Doppler daha 24 h sürebilir. Kapana kısılmış iyonları sayısı 1 ile 20 arasında uygulanan DC gerilim set değiştirerek ayarlanabilir. Bu deneysel kurulum çok güvenilir ve sağlam ve şu anda operasyonda 50 ay olmuştur.
Şekil 9 eksenel yönde boyunca kapana kısılmış iyonları mekik gösterir. Şekil 9b iyon bulunduğu bundan Þekil 9a içinde DC potansiyel en az konumunu ayarlama DC gerilim değiştirerek yerlerinden olduğunu.
Şekil 10 Rabi salınım deneyler 171Yb+ iyon ile ilk sonuçlar gösterir. Sonuçları elde etmek için Ek belge içinde açıklanan ek kurulumları kullanılmıştır. Sonuçları bu yazıda açıklandığı deneysel kurulumunun potansiyel bir uygulama göstermek için dahil edildi.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56060/56060fig1.jpg"> 
Şekil 1: yüzey iyon kapanı şematik. (bir) kırmızı noktalar kapana kısılmış iyonları temsil eder. Kahverengi ve sarı elektrotlar RF ve DC elektrotlar, sırasıyla gösterir. Gri ok elektrik alanı yön RF voltaj olumlu aşamasında göstermek. Şematik çizilmez Not ölçek. (b) dikey boyutlar elektrot yapısı. (c) lateral boyutları elektrot yapısı. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56060/56060fig1large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56060/56060fig2.jpg"> 
Resim 2: 174Yb+ iyon ve tarafsız 174Yb atom enerji düzeyi diyagramlar Basitleştirilmiş. (bir) zaman bir 369.5 nm lazer rezonans kırmızı tarafı (daha düşük frekans) detuned, 2P1/2 ve 2S1/2 arasında bir Bisiklete binme geçiş iyon Kinetik enerjisini Doppler nedeniyle azaltır. etkisi. Bazen, küçük ama sonlu dallanma oranı 2D3/2 2P1/2 elektron çürüme yapar ve 935-nm lazer elektron ana Bisiklete binme geçiş için geri dönüş için gereklidir. Elektron da 2F7/2 düzeyine bir kez saat başına ortalama, çürük ve 638 nm lazer 2F7/2 devlet dışarı pompalamak olabilir, ama bu basit sistem38için gerekli değildir. Ket gösteriminde değerleri niceleme eksen mJboyunca toplam açısal momenta J projeksiyonlar temsil eder. (nötr atomların fırın, bir iki fotonlu emme işlemi buharlaşıp iyonizeb) kullanılan39oldu. 399 nm lazer bir elektron 1P1 durum için heyecanlı ve Doppler soğutma için 369.5 nm foton heyecanlı elektron iyon kaldırmak gerekenden daha fazla enerji vardı. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56060/56060fig2large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56060/56060fig3.jpg"> 
Şekil 3: imalat işlem akışı bir yüzey iyon kapanı. (bir) termal oksidasyonu bir 5000 kalın Å SiO2 katman ve LPCVD 2.000 kalın Å Si3N4 katmanın büyümeye. (b) gravür 1,5 µm kalınlığında sputter Al katmanın ifade ve ICP. (c) bir 14 birikimi µm kalınlığında SiO2 katman PECVD süreçleri kullanarak gofret her iki tarafında. (d) bir RIE (e) işlemiyle gofret cephesinde yatırılır 14 µm kalınlığında SiO2 tabakasının biçimlenme desenlendirme 14 µm kalınlığında SiO2 tabakasının yatırılır RIE işlemiyle gofret arkasında. (f) devrilmesinden sonra 1,5 µm kalınlığında Al katmanı ve bir 1 µm kalınlığında PECVD SiO2 kat tekledi. (g) desenlendirme ICP işlemiyle 1,5 µm kalınlığında Al katmanı ve bir RIE kullanarak 1 µm kalınlığında SiO2 kat işlem. (h) desenlendirme 14 µm kalınlığında SiO2 katman bir RIE işlemiyle gofret cephesinde yatırılır. (Ben) desenlendirme 5000 Å-kalın SiO2 katman ve 2.000 Å-kalın Si3N4 katmanlı bir RIE kullanarak işlem. (j) silikon substrat 450 DRIE µm gofret arkasından. (k) Al elektrotlar ve Dielektrik ayağı yanağında SiO2 tabakasının ıslak-gravür. (l) silikon substrat DRIE işlem aracılığıyla önden nüfuz. Şemaları çizilmez Not ölçek. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56060/56060fig3large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56060/56060fig4.jpg"> 
Şekil 4: iyonları tuzağa düşürmek için kullanılan ayarla DC gerilimi örneği. İç raylar için uygulanan gerilim asimetrik elektrik alanının toplam potansiyel transvers düzlemde asıl eksenlerini yatırmak için yatay yönde telafi edebilirsiniz. Gerilim set tarafından oluşturulan Aksiyel tuzak frekans 550 kHz yapıldı. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56060/56060fig4large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
Ether.Within-sayfa = "1" ><img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56060/56060fig5v2.jpg"> 
Şekil 5: optik kurulumunun şematik. Üç diyot lazerler bindirme konumunda üst üste hizalanır. UHV odası gömme viewport görüntüleme lens yerleştirilmesini sağlayan çip mümkün olduğunca yakın yüzey. Bir flip-ayna yerleştirilen görüntü objektif ve EMCCD arasında ya da bir foton çarpılır tüp (PMT) kullanarak iyon Floresans seçici izlenmesi için izin verir veya bir EMCCD. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56060/56060fig5v2large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56060/56060fig6.jpg"> 
Şekil 6: inşa optik kurulum görüntülerini. (bir) A bobin dejenere enerji düzeyleri iterbiyum iyonlar zarar verebilir bir manyetik alan oluşturmak için odası açık görüntüleme çerçevesinin yara. (b) 399 direksiyon için optik kurulum nm ve 935 nm kirişler. Kırmızı ve yeşil çizgiler 935 ışık yolunu gösterir nm ve 399 nm lazerler, anılan sıraya göre. (c) yapılandırmasını görüntüleme sistemi, flip-ayna, görüntüleme lens, EMCCD ve ödeme de dahil olmak üzere Kapana kısılmış iyonları yayılan Floresans yolu flip-ayna tarafından belirlenebilir. Yeşil ve beyaz okları Floresans yolunu EMCCD ve Devresel ödeme, sırasıyla izlenmekte belirtiniz. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56060/56060fig6large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56060/56060fig7.jpg"> 
Şekil 7: yüzey iyon kapanı sonuçlarını imalat. (bir) çip düzeni genel bakış. (b) birden çok dış DC elektrotlar gösterir çip düzeninin büyütülmüş görüntüsü. (c) yükleme yuvası gösterir çip düzeninin büyütülmüş görüntüsü. (d) bir kesit görünümünü yükleme yuvası delici önce bindirme bölge. (e) bir kesit görünümü yükleme yuvası Penetran sonra bindirme bölgesinin. (f) A oksit sütun kesit görünümü büyütülmüş. Oksit ayağı duvarlar pürüzlü ve çıkıntı uzunlukları hangi SiO2 ayrı olarak yatırılan 3,5 µm kalınlığında SiO2 katmanları arasında arabirimler de düzgün olmayan etch oranının atfedilir yeterli değildir. (g) A yukarıdan bir DC elektrot tel bağlar ped. (h) A kesit görünümünü bir yolu ile. Oksit sütunlar eğimli profillerine izin ver DC elektrot ve toprak katmanı bağlantısı sırasında dolgu yerine oksit ayağı duvardan Al katmanda birikimi için electroplating bir işlemi ile delik üzerinden. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56060/56060fig7large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56060/56060fig8.jpg"> 
Şekil 8: bir EMCCD resim beş 174Yb+ iyonlar kapana microfabricated iyon kapanı çipte. Yüzey tuzak elektrot yapının görüntüsünü ayrı ayrı çekildi ve görüntüleri kapana kısılmış iyon ve elektrotlar netlik için kombine edilmiştir. Yoğunluğu efsane kutusundaki piksellere yalnızca için geçerlidir. Kalın ok 369.5 nm lazer ışını yolunu gösterir ve ince oklar x - ve z-bileşenleri foton momentum temsil eder. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56060/56060fig8large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56060/56060fig9.jpg"> 
Şekil 9: bir doğrusal zincir içinde kapana kısılmış iyonları Aksiyel potansiyelini düzeltilmesi. (bir) yedi iyonları kapanın ortasına. (b) iyonları shuttled onlarca mikrometre vardı. (c) iyon dize eksenel yönde sıkılmış. Bu rakam en iyi ayrı olarak yüklenen bir film görülüyor. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56060/56060fig9large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
<img alt="Figure 10" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56060/56060fig10.jpg"> 
Şekil 10: Rabi salınım arasında deneysel sonuçlar | 0 <img alt="Image 1" src="/files/ftp_upload/56060/56060img1.jpg"> </img> ve | 1 <img alt="Image 1" src="/files/ftp_upload/56060/56060img1.jpg"> </img> Birleşik. | 0<img alt="Image 1" src="/files/ftp_upload/56060/56060img1.jpg"> </img> 2S1/2olarak tanımladığınız | F = 0, mF= 0<img alt="Image 1" src="/files/ftp_upload/56060/56060img1.jpg"> </img> 171Yb+ iyon devlet ve | 1<img alt="Image 1" src="/files/ftp_upload/56060/56060img1.jpg"> </img> 2S1/2olarak tanımladığınız | F = 1, mF= 0<img alt="Image 1" src="/files/ftp_upload/56060/56060img1.jpg"> </img> devlet. Rabi salınım 12.6428-GHz mikrodalga tarafından indüklenen. Bloch küreler arsa üzerinde farklı zamanlarda ilgili kuantum Birleşik göster. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56060/56060fig10large.jpg" target="_blank">Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.</a>
Ek belge: <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56060/jove-56060_Supplementary_Document.pdf" target="_blank">Bu belgeyi karşıdan yüklemek için buraya tıklayınız.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Experimental Methods for Trapping Ions Using Microfabricated Surface Ion Traps at JoVE.com

Experimental Methods for Trapping Ions Using Microfabricated Surface Ion Traps

Bu kağıt yüzey iyon tuzakları için bir microfabrication metodoloji yanı sıra ayrıntılı deneysel yönerge bindirme iterbiyum iyonları için bir oda sıcaklık ortamında sunar.

Microfabricated kullanarak iyonları bindirme için deneysel yöntemleri iyon tuzakları yüzey

Ions trapped in a quadrupole Paul trap have been considered one of the strong physical candidates to implement quantum information processing. This is due ...

experimental-methods-for-trapping-ions-using-microfabricated-surface

Research

JoVE Journal

Engineering

13.5K Görüntüleme.  Seoul National University. Bu kağıt yüzey iyon tuzakları için bir microfabrication metodoloji yanı sıra ayrıntılı deneysel yönerge bindirme iterbiyum iyonları için bir oda sıcaklık ortamında sunar.

Video: Experimental Methods for Trapping Ions Using Microfabricated Surface Ion Traps

Optical Trapping of Nanoparticles

Optical trapping is a technique for immobilizing and manipulating small objects in a gentle way using light, and it has been widely applied in trapping and manipulating small biological particles. Ashkin and co-workers first demonstrated optical tweezers using a single focused beam1. The single beam trap can be described accurately using the perturbative gradient force formulation in the case of small Rayleigh regime particles1. In the perturbative regime, the optical power required for trapping a particle scales as the inverse fourth power of the particle size. High optical powers can damage dielectric particles and cause heating. For instance, trapped latex spheres of 109 nm in diameter were destroyed by a 15 mW beam in 25 sec1, which has serious implications for biological matter2,3.
A self-induced back-action (SIBA) optical trapping was proposed to trap 50 nm polystyrene spheres in the non-perturbative regime4. In a non-perturbative regime, even a small particle with little permittivity contrast to the background can influence significantly the ambient electromagnetic field and induce a large optical force. As a particle enters an illuminated aperture, light transmission increases dramatically because of dielectric loading. If the particle attempts to leave the aperture, decreased transmission causes a change in momentum outwards from the hole and, by Newton's Third Law, results in a force on the particle inwards into the hole, trapping the particle. The light transmission can be monitored; hence, the trap can become a sensor. The SIBA trapping technique can be further improved by using a double-nanohole structure.
The double-nanohole structure has been shown to give a strong local field enhancement5,6. Between the two sharp tips of the double-nanohole, a small particle can cause a large change in optical transmission, thereby inducing a large optical force. As a result, smaller nanoparticles can be trapped, such as 12 nm silicate spheres7 and 3.4 nm hydrodynamic radius bovine serum albumin proteins8. In this work, the experimental configuration used for nanoparticle trapping is outlined. First, we detail the assembly of the trapping setup which is based on a Thorlabs Optical Tweezer Kit. Next, we explain the nanofabrication procedure of the double-nanohole in a metal film, the fabrication of the microfluidic chamber and the sample preparation. Finally, we detail the data acquisition procedure and provide typical results for trapping 20 nm polystyrene nanospheres.

The following setup approach details low power optical trapping of dielectric nanoparticles using a double-nanohole in metal film.

Nanopartiküllerin Optik Yakalama

Optical trapping is a technique for immobilizing and manipulating small objects in a gentle way using light, and it has been widely applied in trapping ...

Mühendislik

A Microfluidic-based Hydrodynamic Trap for Single Particles

The ability to confine and manipulate single particles in free solution is a key enabling technology for fundamental and applied science. Methods for particle trapping based on optical, magnetic, electrokinetic, and acoustic techniques have led to major advancements in physics and biology ranging from the molecular to cellular level. In this article, we introduce a new microfluidic-based technique for particle trapping and manipulation based solely on hydrodynamic fluid flow. Using this method, we demonstrate trapping of micro- and nano-scale particles in aqueous solutions for long time scales. The hydrodynamic trap consists of an integrated microfluidic device with a cross-slot channel geometry where two opposing laminar streams converge, thereby generating a planar extensional flow with a fluid stagnation point (zero-velocity point). In this device, particles are confined at the trap center by active control of the flow field to maintain particle position at the fluid stagnation point. In this manner, particles are effectively trapped in free solution using a feedback control algorithm implemented with a custom-built LabVIEW code. The control algorithm consists of image acquisition for a particle in the microfluidic device, followed by particle tracking, determination of particle centroid position, and active adjustment of fluid flow by regulating the pressure applied to an on-chip pneumatic valve using a pressure regulator. In this way, the on-chip dynamic metering valve functions to regulate the relative flow rates in the outlet channels, thereby enabling fine-scale control of stagnation point position and particle trapping. The microfluidic-based hydrodynamic trap exhibits several advantages as a method for particle trapping. Hydrodynamic trapping is possible for any arbitrary particle without specific requirements on the physical or chemical properties of the trapped object. In addition, hydrodynamic trapping enables confinement of a "single" target object in concentrated or crowded particle suspensions, which is difficult using alternative force field-based trapping methods. The hydrodynamic trap is user-friendly, straightforward to implement and may be added to existing microfluidic devices to facilitate trapping and long-time analysis of particles. Overall, the hydrodynamic trap is a new platform for confinement, micromanipulation, and observation of particles without surface immobilization and eliminates the need for potentially perturbative optical, magnetic, and electric fields in the free-solution trapping of small particles.

In this article, we present a microfluidic-based method for particle confinement based on hydrodynamic flow. We demonstrate stable particle trapping at a fluid stagnation point using a feedback control mechanism, thereby enabling confinement and micromanipulation of arbitrary particles in an integrated microdevice.

Tek Parçacıklar için mikroakışkan tabanlı Hidrodinamik Tuzak

The ability to confine and manipulate single particles in free solution is a key enabling technology for fundamental and applied science.  Methods for ...

Biyomühendislik

In Situ SIMS and IR Spectroscopy of Well-defined Surfaces Prepared by Soft Landing of Mass-selected Ions

Soft landing of mass-selected ions onto surfaces is a powerful approach for the highly-controlled preparation of materials that are inaccessible using conventional synthesis techniques. Coupling soft landing with in situ characterization using secondary ion mass spectrometry (SIMS) and infrared reflection absorption spectroscopy (IRRAS) enables analysis of well-defined surfaces under clean vacuum conditions. The capabilities of three soft-landing instruments constructed in our laboratory are illustrated for the representative system of surface-bound organometallics prepared by soft landing of mass-selected ruthenium tris(bipyridine) dications, [Ru(bpy)3]2+ (bpy = bipyridine), onto carboxylic acid terminated self-assembled monolayer surfaces on gold (COOH-SAMs). In situ time-of-flight (TOF)-SIMS provides insight into the reactivity of the soft-landed ions. In addition, the kinetics of charge reduction, neutralization and desorption occurring on the COOH-SAM both during and after ion soft landing are studied using in situ Fourier transform ion cyclotron resonance (FT-ICR)-SIMS measurements. In situ IRRAS experiments provide insight into how the structure of organic ligands surrounding metal centers is perturbed through immobilization of organometallic ions on COOH-SAM surfaces by soft landing. Collectively, the three instruments provide complementary information about the chemical composition, reactivity and structure of well-defined species supported on surfaces.

In Situ SIMS and IR Spectroscopy of Well-defined Surfaces Prepared by Soft Landing of Mass-selected Ions

Soft landing of mass-selected ions onto surfaces is a powerful approach for the highly-controlled preparation of novel materials. Coupled with analysis by in situ secondary ion mass spectrometry (SIMS) and infrared reflection absorption spectroscopy (IRRAS), soft landing provides unprecedented insights into the interactions of well-defined species with surfaces.

Kütle-Seçilen İyonlar Yumuşak İniş Hazırlayan İyi tanımlanmış Yüzeyler Yerinde SIMS ve IR spektroskopisi

Soft landing of mass-selected ions onto surfaces is a powerful approach for the highly-controlled preparation of materials that are inaccessible using ...

Kimya

On-chip Isotachophoresis for Separation of Ions and Purification of Nucleic Acids

Electrokinetic techniques are a staple of microscale applications because of their unique ability to perform a variety of fluidic and electrophoretic processes in simple, compact systems with no moving parts. Isotachophoresis (ITP) is a simple and very robust electrokinetic technique that can achieve million-fold preconcentration1,2 and efficient separation and extraction based on ionic mobility.3 For example, we have demonstrated the application of ITP to separation and sensitive detection of unlabeled ionic molecules (e.g. toxins, DNA, rRNA, miRNA) with little or no sample preparation4-8 and to extraction and purification of nucleic acids from complex matrices including cell culture, urine, and blood.9-12
ITP achieves focusing and separation using an applied electric field and two buffers within a fluidic channel system. For anionic analytes, the leading electrolyte (LE) buffer is chosen such that its anions have higher effective electrophoretic mobility than the anions of the trailing electrolyte (TE) buffer (Effective mobility describes the observable drift velocity of an ion and takes into account the ionization state of the ion, as described in detail by Persat et al.13). After establishing an interface between the TE and LE, an electric field is applied such that LE ions move away from the region occupied by TE ions. Sample ions of intermediate effective mobility race ahead of TE ions but cannot overtake LE ions, and so they focus at the LE-TE interface (hereafter called the "ITP interface"). Further, the TE and LE form regions of respectively low and high conductivity, which establish a steep electric field gradient at the ITP interface. This field gradient preconcentrates sample species as they focus. Proper choice of TE and LE results in focusing and purification of target species from other non-focused species and, eventually, separation and segregation of sample species.
We here review the physical principles underlying ITP and discuss two standard modes of operation: "peak" and "plateau" modes. In peak mode, relatively dilute sample ions focus together within overlapping narrow peaks at the ITP interface. In plateau mode, more abundant sample ions reach a steady-state concentration and segregate into adjoining plateau-like zones ordered by their effective mobility. Peak and plateau modes arise out of the same underlying physics, but represent distinct regimes differentiated by the initial analyte concentration and/or the amount of time allotted for sample accumulation.
We first describe in detail a model peak mode experiment and then demonstrate a peak mode assay for the extraction of nucleic acids from E. coli cell culture. We conclude by presenting a plateau mode assay, where we use a non-focusing tracer (NFT) species to visualize the separation and perform quantitation of amino acids.

Isotachophoresis (ITP) is a robust electrokinetic separation and preconcentration technique with applications ranging from toxin detection to sample preparation. We review the physical principles of ITP and the methodology of applying this technique to two specific example applications: separation and detection of small molecules and purification of nucleic acids from cell culture lysate.

İyonların ayrılması ve Nükleik Asit Saflaştırılması için on-chip Isotachophoresis

Electrokinetic techniques are a staple of microscale applications because of their unique ability to perform a variety of fluidic and electrophoretic ...

Ohmic Contact Fabrication Using a Focused-ion Beam Technique and Electrical Characterization for Layer Semiconductor Nanostructures

Layer semiconductors with easily processed two-dimensional (2D) structures exhibit indirect-to-direct bandgap transitions and superior transistor performance, which suggest a new direction for the development of next-generation ultrathin and flexible photonic and electronic devices. Enhanced luminescence quantum efficiency has been widely observed in these atomically thin 2D crystals. However, dimension effects beyond quantum confinement thicknesses or even at the micrometer scale are not expected and have rarely been observed. In this study, molybdenum diselenide (MoSe2) layer crystals with a thickness range of 6-2,700 nm were fabricated as two- or four-terminal devices. Ohmic contact formation was successfully achieved by the focused-ion beam (FIB) deposition method using platinum (Pt) as a contact metal. Layer crystals with various thicknesses were prepared through simple mechanical exfoliation by using dicing tape. Current-voltage curve measurements were performed to determine the conductivity value of the layer nanocrystals. In addition, high-resolution transmission electron microscopy, selected-area electron diffractometry, and energy-dispersive X-ray spectroscopy were used to characterize the interface of the metal&#8211;semiconductor contact of the FIB-fabricated MoSe2 devices. After applying the approaches, the substantial thickness-dependent electrical conductivity in a wide thickness range for the MoSe2-layer semiconductor was observed. The conductivity increased by over two orders of magnitude from 4.6 to 1,500 &#937;&#8722;1 cm&#8722;1, with a decrease in the thickness from 2,700 to 6 nm. In addition, the temperature-dependent conductivity indicated that the thin MoSe2 multilayers exhibited considerably weak semiconducting behavior with activation energies of 3.5-8.5 meV, which are considerably smaller than those (36-38 meV) of the bulk. Probable surface-dominant transport properties and the presence of a high surface electron concentration in MoSe2 are proposed. Similar results can be obtained for other layer semiconductor materials such as MoS2 and WS2.

We describe the approaches for the device fabrication and electrical characterization of molybdenum diselenide (MoSe2) layer semiconductor nanostructures with different thicknesses. In addition, the fabrication of ohmic contacts for MoSe2-layer nanocrystals by the focused-ion beam deposition method using platinum (Pt) as a contact metal is described.

Ohmik İletişim Fabrikasyon bir Odaklı iyon Işın Tekniği ve Elektriksel Karakterizasyonu Katmanı Yarıiletken Nanoyapıların için kullanma

Layer semiconductors with easily processed two-dimensional (2D) structures exhibit indirect-to-direct bandgap transitions and superior transistor ...

Microfluidic Pneumatic Cages: A Novel Approach for In-chip Crystal Trapping, Manipulation and Controlled Chemical Treatment

The precise localization and controlled chemical treatment of structures on a surface are significant challenges for common laboratory technologies. Herein, we introduce a microfluidic-based technology, employing a double-layer microfluidic device, which can trap and localize in situ and ex situ synthesized structures on microfluidic channel surfaces. Crucially, we show how such a device can be used to conduct controlled chemical reactions onto on-chip trapped structures and we demonstrate how the synthetic pathway of a crystalline molecular material and its positioning inside a microfluidic channel can be precisely modified with this technology. This approach provides new opportunities for the controlled assembly of structures on surface and for their subsequent treatment.

Herein, we describe the fabrication and operation of a double-layer microfluidic system made of polydimethylsiloxane (PDMS). We demonstrate the potential of this device for trapping, directing the coordination pathway of a crystalline molecular material and controlling chemical reactions onto on-chip trapped structures.

Mikroakışkan Pnömatik Kafesler: Bir In-yonga Kristal Bindirme, Manipülasyon için Yeni Yaklaşım ve Kontrollü Kimyasal Arıtma

The precise localization and controlled chemical treatment of structures on a surface are significant challenges for common laboratory technologies. ...

Optical Trap Loading of Dielectric Microparticles In Air

We demonstrate a method to trap a selected dielectric microparticle in air using radiation pressure from a single-beam gradient optical trap. Randomly scattered dielectric microparticles adhered to a glass substrate are momentarily detached using ultrasonic vibrations generated by a piezoelectric transducer (PZT). Then, the optical beam focused on a selected particle lifts it up to the optical trap while the vibrationally excited microparticles fall back to the substrate. A particle may be trapped at the nominal focus of the trapping beam or at a position above the focus (referred to here as the levitation position) where gravity provides the restoring force. After the measurement, the trapped particle can be placed at a desired position on the substrate in a controlled manner. 
In this protocol, an experimental procedure for selective optical trap loading in air is outlined. First, the experimental setup is briefly introduced. Second, the design and fabrication of a PZT holder and a sample enclosure are illustrated in detail. The optical trap loading of a selected microparticle is then demonstrated with step-by-step instructions including sample preparation, launching into the trap, and use of electrostatic force to excite particle motion in the trap and measure charge. Finally, we present recorded particle trajectories of Brownian and ballistic motions of a trapped microparticle in air. These trajectories can be used to measure stiffness or to verify optical alignment through time domain and frequency domain analysis. Selective trap loading enables optical tweezers to track a particle and its changes over repeated trap loadings in a reversible manner, thereby enabling studies of particle-surface interaction.

A protocol for launching and stably trapping selected dielectric microparticles in air is presented.

Havada Dielektrik mikropartiküllerin Optik Tuzak Yükleme

We demonstrate a method to trap a selected dielectric microparticle in air using radiation pressure from a single-beam gradient optical trap. Randomly ...

Plasmonic Trapping and Release of Nanoparticles in a Monitoring Environment

Plasmonic tweezers use surface plasmon polaritons to confine polarizable nanoscale objects. Among the various designs of plasmonic tweezers, only a few can observe immobilized particles. Moreover, a limited number of studies have experimentally measured the exertable forces on the particles. The designs can be classified as the protruding nanodisk type or the suppressed nanohole type. For the latter, microscopic observation is extremely challenging. In this paper, a new plasmonic tweezer system is introduced to monitor particles, both in directions parallel and orthogonal to the symmetric axis of a plasmonic nanohole structure. This feature enables us to observe the movement of each particle near the rim of the nanohole. Furthermore, we can quantitatively estimate the maximal trapping forces using a new fluidic channel.

A microchip fabrication process that incorporates plasmonic tweezers is presented here. The microchip enables the imaging of a trapped particle to measure maximal trapping forces.

Bir İzleme Ortamında plasmonik Yakalama ve Nanopartiküller Yayın

Plasmonic tweezers use surface plasmon polaritons to confine polarizable nanoscale objects. Among the various designs of plasmonic tweezers, only a few ...

Double-barreled and Concentric Microelectrodes for Measurement of Extracellular Ion Signals in Brain Tissue

Electrical activity in the brain is accompanied by significant ion fluxes across membranes, resulting in complex changes in the extracellular concentration of all major ions. As these ion shifts bear significant functional consequences, their quantitative determination is often required to understand the function and dysfunction of neural networks under physiological and pathophysiological conditions. In the present study, we demonstrate the fabrication and calibration of double-barreled ion-selective microelectrodes, which have proven to be excellent tools for such measurements in brain tissue. Moreover, so-called &#8220;concentric&#8221; ion-selective microelectrodes are also described, which, based on their different design, offer a far better temporal resolution of fast ion changes. We then show how these electrodes can be employed in acute brain slice preparations of the mouse hippocampus. Using double-barreled, potassium-selective microelectrodes, changes in the extracellular potassium concentration ([K+]o) in response to exogenous application of glutamate receptor agonists or during epileptiform activity are demonstrated. Furthermore, we illustrate the response characteristics of sodium-sensitive, double-barreled and concentric electrodes and compare their detection of changes in the extracellular sodium concentration ([Na+]o) evoked by bath or pressure application of drugs. These measurements show that while response amplitudes are similar, the concentric sodium microelectrodes display a superior signal-to-noise ratio and response time as compared to the double-barreled design. Generally, the demonstrated procedures will be easily transferable to measurement of other ions species, including pH or calcium, and will also be applicable to other preparations.

We demonstrate the fabrication, calibration and properties of two types of ion-selective microelectrodes (double-barreled and concentric) for measurement of ion concentrations in brain tissue. These are then used in the mouse hippocampal slice preparation to show that excitatory activity changes both extracellular potassium and sodium concentrations.

Beyin Dokusu Ölçme Ekstraselüler Ion Sinyalleri için Çift namlulu ve Konsantrik Mikroelektronlar

Electrical activity in the brain is accompanied by significant ion fluxes across membranes, resulting in complex changes in the extracellular ...

Nörobilim

Real-time Iontophoresis with Tetramethylammonium to Quantify Volume Fraction and Tortuosity of Brain Extracellular Space

This review describes the basic concepts and protocol to perform the real-time iontophoresis (RTI) method, the gold-standard to explore and quantify the extracellular space (ECS) of the living brain. The ECS surrounds all brain cells and contains both interstitial fluid and extracellular matrix. The transport of many substances required for brain activity, including neurotransmitters, hormones, and nutrients, occurs by diffusion through the ECS. Changes in the volume and geometry of this space occur during normal brain processes, like sleep, and pathological conditions, like ischemia. However, the structure and regulation of brain ECS, particularly in diseased states, remains largely unexplored. The RTI method measures two physical parameters of living brain: volume fraction and tortuosity. Volume fraction is the proportion of tissue volume occupied by ECS. Tortuosity is a measure of the relative hindrance a substance encounters when diffusing through a brain region as compared to a medium with no obstructions. In RTI, an inert molecule is pulsed from a source microelectrode into the brain ECS. As molecules diffuse away from this source, the changing concentration of the ion is measured over time using an ion-selective microelectrode positioned roughly 100 &#181;m away. From the resulting diffusion curve, both volume fraction and tortuosity can be calculated. This technique has been used in brain slices from multiple species (including humans) and in vivo to study acute and chronic changes to ECS. Unlike other methods, RTI can be used to examine both reversible and irreversible changes to the brain ECS in real time.

This protocol describes real-time iontophoresis, a method that measures physical parameters of the extracellular space (ECS) of living brains. The diffusion of an inert molecule released into the ECS is used to calculate the ECS volume fraction and tortuosity. It is ideal for studying acute reversible changes to brain ECS.

Beyin Ekstraselüler Alanının Hacim Fraksiyonu ve Kıvrımını Nicelleştirmek için Tetrametilamonyum ile Gerçek Zamanlı İyontoforez

This review describes the basic concepts and protocol to perform the real-time iontophoresis (RTI) method, the gold-standard to explore and quantify the ...