Name: experimental methods for trapping ions using microfabricated surface ion traps
Uploaded: 2017-08-17T14:00:00
Duration: 11 min 45 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Experimental Methods for Trapping Ions Using Microfabricated Surface Ion Traps at JoVE.com

Denne forskning blev delvist støttet af Ministeriet for videnskab, IKT, og fremtidige planlægning (MSIP), Korea, under Information Technology Research Center (ITRC) support program (IITP-2017-2015-0-00385) og ICT R &#38; D program (10043464, udvikling af Quantum repeater teknologi for ansøgning til kommunikationssystemer), overvåget af Institute for Information &#38; Communications Technology fremme (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>

Forfatterne har ikke noget at oplyse.

Dette papir præsenteret en metode for fældefangst ioner ved hjælp af microfabricated overflade ion fælder. Opførelsen af en ion fældefangst system kræver erfaringer i forskellige forskningsområder, men er ikke tidligere blevet beskrevet i detaljer. Dette papir fastsat detaljerede procedurer for microfabricating en fælde chip såvel som for opbygningen af en eksperimentel opsætning for at fælde ioner for første gang. Dette papir også fastsat detaljerede procedurer for fældefangst 174Yb+ ioner og eksperimentere med fanget ioner.
En væsentlig hindring står over for i microfabrication procedurerne er aflejring af de dielektriske lag med en tykkelse på over 10 µm. Under deposition processen med den tykke dielektriske lag, kan resterende stress bygge op, som kan forårsage skade på de dielektriske film eller endda bryde wafer. For at reducere det resterende stress, som er generelt trykstyrke, bør en langsom deposition sats brugte40. I vores tilfælde, blev en trykstyrke stress 110.4 MPa målt med deposition betingelser af 540 sccm SiH4 strømningshastigheden, 140 W af RF power og 1.9 Torr pres på 5 µm filmtykkelse. Dog giver betingelserne proces kun en ru reference, da disse betingelser kan variere betydeligt til forskelligt udstyr. For at mindske virkningerne af akkumulerede stress, blev 3,5 µm tykt SiO2 film deponeret alternerende på begge sider af wafer i metoden præsenteres. Den krævede tykkelse af de dielektriske lag kan reduceres, hvis en mindre RF spænding amplitude og dermed en fladere fælde dybde er valgt. Men en fladere fælde dybde let fører til udslip af fanget ioner, så fabrikation af tykkere dielektriske lag, der kan modstå højere RF spændinger, er mere ønskeligt.
Der er nogle begrænsninger at metoden fabrikation præsenteres i dette dokument. Længde af udhæng er ikke tilstrækkelige til helt skjule dielektrisk dæksider fra de fangne ioner, som vist i figur 7f. Derudover er dæksider af oxid søjler ujævne, øger det eksponerede område dielektrisk dæksider i forhold til den lodrette oxid søjle. For eksempel, i tilfælde af dæksiden af indre DC skinnen nær lastning slot med en 5 µm ensartet udhæng, er det beregnet, at 33% af de dielektriske overflade er udsat for fanget ion placeringen af lodret dæksiden. I sagen jagged edge er mere end 70% af området dæksiden udsat. Disse ikke-ideelle fabrikation resultater kan fremkalde ekstra omstrejfende felter fra de udsatte dielectrics, men effekten er ikke kvantitativt målt. Ikke desto mindre, den opdigtede chip som rapporteret ovenstående held har været anvendt i ion diffusering og qubit manipulation eksperimenter. Derudover har fælde chip præsenteret i dette papir udsat silicium sidevæggene nær lastning slot. Native oxid kan vokse på silicium overflader og kan resultere i yderligere omstrejfende felter. Det anbefales derfor, at beskytte silicium bærematerialet med en ekstra metal lag, som i33.
Hvis du vil diffusere 174Yb+ ioner, hyppigheden af lasere bør blive stabiliseret inden for et par snese MHz, og et par forskellige metoder er drøftet i avancerede opsætninger38,41. For den simple opsætning drøftes i dette dokument, er indledende diffusering dog muligt kun med stabilisering ved hjælp af en bølgelængde meter.
Dette papir leveret en protokol for at fælde 174Yb+ ioner ved hjælp af en microfabricated overflade ion-fælde chip. Selv om protokollen for fældefangst 171Yb+ ioner ikke er specifikt drøftet, kan eksperimentelle konfigurationen som beskrevet i dette papir også bruges fælde 171Yb+ ioner og manipulere qubit delstaten 171 Yb+ ioner at opnå Rabi svingning resultater (vist i figur 10). Dette kan gøres ved at tilføje flere optiske modulatorer til output af lasere og ved hjælp af en mikrobølgeovn opsætning, som beskrevet i det Supplerende dokument.
Afslutningsvis, kan eksperimentelle metoder og resultater præsenteret i dette papir bruges til at udvikle forskellige quantum oplysninger applikationer ved hjælp af overflade ion fælder.

Et Paul trap kan begrænse ladede partikler, herunder ioner i tom plads, ved hjælp af en kombination af en statisk elektrisk felt og en varierende elektriske felt oscillerende radio frekvens (RF), og quantum staterne af ioner er begrænset i fælden kan måles og kontrolleret1,2,3. Sådanne ion fælder blev oprindeligt udviklet til præcis måling applikationer, herunder optiske ure og masse spektroskopi4,5,6. I de seneste år, har disse ion fælder også været aktivt undersøges som en fysisk platform til at gennemføre quantum informationsbehandling tilskrives fanget ioner, som længe sammenhæng gange, ønskelige karakteristika ideelle isolation i en ultra-høje vakuum (UHV) miljø, og muligheden for individuelle qubit manipulation7,8,9,10. Siden Kielpinski mfl. 11 foreslået en skalerbar ion-fælde arkitektur, der kan bruges til at udvikle kvantecomputere, forskellige typer af overflade fælder, herunder junction fælder12,13, multi-zone fælde chips14og 2D-array fælder15,16,17, er blevet udviklet ved hjælp af halvleder proces-afledte microfabrication metoder18,19,20,21 . Storstilet quantum information processing systemer baseret på overfladen fælder er også blevet drøftet22,23,24.
Dette paper præsenterer eksperimentelle metoder til fældefangst ioner ved hjælp af microfabricated overflade ion fælder. Mere specifikt en procedure for at fabrikere overflade ion fælder og en detaljeret procedure for fældefangst ioner ved hjælp af de fabrikerede fælder er beskrevet. Derudover findes detaljerede beskrivelser af forskellige praktiske teknikker til at oprette den eksperimentelle system og fældefangst ioner i Supplerende dokument.
Metodologien for microfabricating en overflade ion trap er givet i trin 1. Figur 1 viser et forenklet skematisk af en overflade ion trap. De elektriske felter, genereret af spænding til elektroder i et tværplan er også vist25. En RF spænding er anvendt til par af RF elektroder, mens alle andre elektroder holdes på RF jorden; den ponderomotive potentielle26 genereret af RF spænding begrænser ioner i radial retning. Jævnstrøm (DC) spænding til flere DC elektroderne udenfor RF elektroder begrænse ioner til længderetning. De indvendige skinner mellem RF elektroderne er udformet for at vippe de vigtigste akser i det samlede potentiale i et tværplan. Metode til at designe en DC spænding sæt er inkluderet i det Supplerende dokument. Derudover findes flere detaljer til at designe de vigtige geometriske parametre af overflade ion-fælde chips i27,28,29,30,31.
Fabrikation metoden indført i trin 1 blev designet overvejer følgende aspekter. Først, de dielektriske lag mellem elektrode lag og jorden lag skal være tilstrækkelig tykke at forhindre elektrisk fordeling mellem lagene. Generelt bør tykkelsen over 10µm. Under aflejring af det tykke dielektriske lag, kan den resterende stress fra de deponerede film forårsage bukkede substrat eller skader på de deponerede film. Kontrollere den resterende stress er således en af de vigtigste teknikker i fabrikation af de overflade ion fælder. For det andet bør eksponering af de dielektriske overflader til positionen ion minimeres fordi omstrejfende afgifter kan induceres på de dielektrisk materiale af spredte ultraviolet (UV) lasere, som i turn resultater i en tilfældig skift af ion position. Det udsatte område kan reduceres ved at designe overhæng elektrode strukturer. Det er blevet rapporteret, at overfladen ion fælder med elektrode udhæng er resistente over for opladning under typiske forsøgsbetingelser32. Tredje, alle materialer, herunder forskellige deponerede film, bør være i stand til at modstå 200 ° C bagning i ca 2 uger, og mængden af udstrømning fra alle materialer bør være forenelig med UHV miljøer. Design af overflade ion-fælde chips microfabricated i dette papir er baseret på den fælde design fra33, som var med held brugt i forskellige eksperimenter32,33,34, 35. Bemærk at dette design inkluderer en slot midt i chippen for indlæsning af neutrale atomer, som er senere foto-ioniseret for diffusering.
Efter fabrikation af ion-fælde chip, er chip monteret og elektrisk tilsluttet chip luftfartsselskab benytter guld bonding ledninger. Chip luftfartsselskab er derefter installeret i en UHV kammer. En detaljeret procedure for at forberede en fælde chippakke og design af UHV kammer leveres i Supplerende dokument.
Forberedelse af det optiske og elektrisk udstyr, samt de eksperimentelle procedurer for fældefangst ioner, er forklaret i detaljer i trin 2. Ioner fanget af den potentielle ponderomotive er generelt genstand for udsving i den omgivende elektrisk felt, som løbende øger den gennemsnitlige kinetiske energi af ioner. Laser køling baseret på Doppler Skift kan bruges til at fjerne den overskydende energi fra bevægelse af ioner. Figur 2 viser de forenklede energi-niveau diagrammer af en 174Yb+ ion og en neutral 174Yb atom. Doppler køling af 174Yb+ ioner kræver en 369.5-nm laser og en 935-nm laser, mens foto-ionisering af neutrale 174Yb atomer kræver en 399-nm laser. Trin 2.2 og 2.3 beskriver en effektiv metode til at justere disse lasere til overflade ion-fælde-chip og en procedure for at finde de rette betingelser for foto-ionisering. Efter de optisk og elektriske komponenter er forberedt, er fældefangst ioner relativt ligetil. Den eksperimentelle sekvens for fældefangst ioner er præsenteret i trin 2.4.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1425">
	<tbody>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:293px;">photoresist used for 2-&#956;m spin coating</td>
			<td style="width:123px;">AZ Materials</td>
			<td style="width:381px;">AZ7220</td>
			<td style="width:629px;">Discontinued. Easily replaced by other alternative photoresist product.</td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">photoresist used for 6-&#956;m spin coating</td>
			<td>AZ Materials</td>
			<td>AZ4620</td>
			<td>Discontinued. Easily replaced by other alternative photoresist product.</td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">ceramic chip carrier</td>
			<td>NTK</td>
			<td>IPKX0F1-8180BA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">epoxy compound</td>
			<td>Epotek</td>
			<td>353ND</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="45">
			<td height="45" style="height:45px;width:293px;">Plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD) system</td>
			<td style="width:123px;">Oxford Instruments</td>
			<td style="width:381px;">PlasmaPro System100</td>
			<td style="width:629px;"></td>
		</tr>
		<tr height="56">
			<td height="56" style="height:56px;width:293px;">Low pressure chemical vapor deposition (LPCVD) system</td>
			<td style="width:123px;">Centrotherm</td>
			<td style="width:381px;">E-1200</td>
			<td style="width:629px;"></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:293px;">Furnace</td>
			<td style="width:123px;">Seltron</td>
			<td style="width:381px;">SHF-150</td>
			<td style="width:629px;"></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:293px;">Sputter</td>
			<td style="width:123px;">Muhan Vacuum</td>
			<td style="width:381px;">MHS-1500</td>
			<td style="width:629px;"></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:293px;">Manual aligner</td>
			<td style="width:123px;">Karl-Suss</td>
			<td style="width:381px;">MA-6</td>
			<td style="width:629px;"></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:293px;">Deep Si etcher</td>
			<td style="width:123px;">Plasma-Therm</td>
			<td style="width:381px;">SLR-770-10R-B</td>
			<td style="width:629px;"></td>
		</tr>
		<tr height="53">
			<td height="53" style="height:53px;width:293px;">Inductive coupled plasma (ICP) etcher</td>
			<td style="width:123px;">Oxford Instruments</td>
			<td style="width:381px;">PlasmaPro System100 Cobra</td>
			<td style="width:629px;"></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:293px;">Reactive ion etching (RIE) etcher</td>
			<td style="width:123px;">Applied Materials</td>
			<td style="width:381px;">P-5000</td>
			<td style="width:629px;"></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:293px;">Boundary element method (BEM) software</td>
			<td style="width:123px;">CPO Ltd.</td>
			<td style="width:381px;">Charged Particle Optics</td>
			<td style="width:629px;"></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:293px;">Single crystaline (100) silicon wafer</td>
			<td style="width:123px;">STC</td>
			<td style="width:381px;">4SWP02</td>
			<td style="width:629px;">100 mm / (100) / P-type / SSP / 525&#177;25 &#956;m</td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">metal tubes</td>
			<td>Mcmaster-carr</td>
			<td>89935K69</td>
			<td>316 Stainless Steel Tubing, 0.042&#34; OD, 0.004&#34; Wall Thickness</td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">Yb piece</td>
			<td>Goodfellow</td>
			<td style="width:381px;">YB005110</td>
			<td>Ytterbium wire, purity 99.9%</td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">enriched 171Yb</td>
			<td>Oak Ridge National Laboratory</td>
			<td>Yb-171</td>
			<td>https://www.isotopes.gov/catalog/product.php?element=Ytterbium</td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">tantalum foil</td>
			<td>The Nilaco Corporation</td>
			<td>TI-453401</td>
			<td>0.25x130x100mm 99.5%</td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">Kapton-insulated copper wire</td>
			<td>Accu-glass</td>
			<td>18AWG (silver plated copper wire kapton insulted)</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">residual gas analyzer (RGA)</td>
			<td>SRS</td>
			<td>RGA200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">turbo pump</td>
			<td>Agilent</td>
			<td>Twistorr84 FS</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">all-metal valve</td>
			<td>KJL</td>
			<td>manual SS All-Metal Angle Valves (CF flanged)</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">Leak detector (used as a rough pump)</td>
			<td>Varian</td>
			<td>PD03</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">ion gauges</td>
			<td>Agilent</td>
			<td>UHV-24p</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">ion pump</td>
			<td>Agilent</td>
			<td>VacIon Plus 20</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">NEG pump</td>
			<td>SAES Getters</td>
			<td>CapaciTorr D400</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">spherical octagon</td>
			<td>Kimball Physics</td>
			<td>MCF600-SphOct-F2C8</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">ZIF socket</td>
			<td>Tactic Electronics</td>
			<td>P/N 100-4680-002A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">multi-pin feedthroughs</td>
			<td>Accu-Glass</td>
			<td>6-100531</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">25 D-sub gender adapters</td>
			<td>Accu-Glass</td>
			<td>104101</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:293px;">Recessed viewport</td>
			<td>Culham Centre for Fusion Energy</td>
			<td style="width:381px;">100CF 316LN+20.9 Re-Entrant 316 (Custom order)</td>
			<td style="width:629px;">Disc material: 60cv Fused Silica 4mm THK, TWE Lambda 1/10, 20/10 Scratch-Dig</td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:293px;">Recessed viewport AR coating</td>
			<td style="width:123px;">LaserOptik</td>
			<td style="width:381px;">AR355nm/0-6&#176; HT370-650nm/0-36&#176; on UHV (Custom order)</td>
			<td style="width:629px;">AR coating was performed in the middle of the fabrication of the recessed viewport</td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:293px;">Digital-analog converter</td>
			<td style="width:123px;">AdLink</td>
			<td style="width:381px;">PCIe-6216V-GL</td>
			<td style="width:629px;"></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:293px;">369.5nm laser</td>
			<td style="width:123px;">Toptica</td>
			<td style="width:381px;">TA-SHG Pro</td>
			<td style="width:629px;"></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:293px;">369.5nm laser</td>
			<td style="width:123px;">Moglabs</td>
			<td style="width:381px;">ECD004 + 370LD10 + DLC102/HC</td>
			<td style="width:629px;"></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:293px;">399nm laser</td>
			<td style="width:123px;">Toptica</td>
			<td style="width:381px;">DL 100</td>
			<td style="width:629px;"></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:293px;">935nm laser</td>
			<td style="width:123px;">Toptica</td>
			<td style="width:381px;">DL 100</td>
			<td style="width:629px;"></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:293px;">369.5nm &#38; 399nm optical fiber</td>
			<td style="width:123px;">Coherent</td>
			<td style="width:381px;">NUV-320-K1</td>
			<td style="width:629px;">Patch cables are connectorized by Costal Connections.</td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:293px;">935nm optical fiber</td>
			<td style="width:123px;">GouldFiber Optics</td>
			<td style="width:381px;">PSK-000626</td>
			<td style="width:629px;">50/50 fiber beam splitter made of Corning HI-780 single mode fiber to combine 935nm and 638nm together.</td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">Wavelength meter</td>
			<td>High Finesse</td>
			<td>WSU-2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">temporary mirror</td>
			<td>Thorlabs</td>
			<td>PF10-03-P01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">Dichroic mirror</td>
			<td>Semrock</td>
			<td>FF647-SDi01-25x36</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">369.5nm &#38; 399nm collimator</td>
			<td>Micro Laser Systems</td>
			<td>FC5-UV-T/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">935nm collimator</td>
			<td>Sch&#228;fter + Kirchhoff</td>
			<td>60FC-0-M8-10</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:293px;">369.5nm focusing lens</td>
			<td style="width:123px;">CVI</td>
			<td style="width:381px;">PLCX-25.4-77.3-UV-355-399</td>
			<td>Focal length: ~163mm @ 369.5nm</td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:293px;">399nm &#38; 935nm focusing lens</td>
			<td style="width:123px;">CVI</td>
			<td style="width:381px;">PLCX-25.4-64.4-UV-355-399</td>
			<td style="width:629px;">Focal length: ~137mm @ 399nm, ~143mm @ 935nm</td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">imaging lens</td>
			<td>Photon Gear</td>
			<td>P/N 15470</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">369.5nm bandpass filter</td>
			<td>Semrock</td>
			<td>FF01-370/6-25</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">399nm bandpass filter</td>
			<td>Semrock</td>
			<td>FF01-395/11-25</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">IR filter</td>
			<td>Semrock</td>
			<td>FF01-650/SP-25</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">EMCCD camera</td>
			<td>Andor Technology</td>
			<td>DU-897U-CS0-EXF</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;">PMT</td>
			<td>Hamamatsu</td>
			<td>H10682-210</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

experimental methods for trapping ions using microfabricated surface ion traps

Ioner fanget i en Quadrupol, Paul trap har været betragtet som en af de stærke fysiske kandidater til at gennemføre quantum informationsbehandling. Dette er på grund af deres lange sammenhængende tid og deres evne til at manipulere og registrere individuelle quantum bits (qubits). I de senere år, har microfabricated overflade ion fælder fået mere opmærksomhed for storstilet integreret qubit platforme. Dette paper præsenterer en microfabrication metode til ion fælder ved hjælp af mikro-elektro-mekanisk system (MEMS) teknologi, herunder metoden fabrikation for en 14 µm tykt dielektriske lag og metal udhæng strukturer på toppen af de dielektriske lag. Desuden er en eksperimentel procedure for fældefangst ytterbium (Yb) ioner af isotop 174 (174Yb+) ved hjælp af 369.5 nm, 399 nm, og 935 nm diode lasere er beskrevet. Disse metoder og procedurer, der involverer mange videnskabelige og ingeniørmæssige discipliner, og dette papir først præsenterer de detaljerede eksperimentelle procedurer. De metoder, der drøftes i dette dokument kan let udvides, at fangst af Yb ioner af isotop 171 (171Yb+) og manipulation af qubits.

Figur 7 viser de scanning elektron micrographs (SEM) af opdigtede ion-fælde chip. RF-elektroder, indre DC elektroder, ydre DC elektroder, og loading slot blev med held fremstillet. Dæksiden profilen af de dielektriske søjle blev ujævne fordi PECVD oxid blev deponeret i flere trin. Trinene flere deposition blev brugt til at minimere virkningerne af resterende stress fra tykke oxid film. Dette er yderligere beskrevet i diskussionen.

Figur 8 viser EMCCD billede af fem 174Yb+ ioner fanget ved hjælp af microfabricated ion-fælde chip. De fangne ioner kan vare i mere end 24 timer med kontinuerlig Doppler køling. Antallet af fangne ioner kan justeres mellem 1 og 20 ved at ændre de anvendte DC spænding sæt. Denne eksperimentelle opsætning er meget pålidelig og robust og har i dag været i drift i 50 måneder.
Figur 9 viser shuttling fanget ioner langs den aksiale retning. Ion holdning i figur 9b er fordrevet fra der i figur 9a gennem tilpasning af DC potentielle minimum stilling ved at ændre DC spænding.
Figur 10 viser foreløbige resultater af Rabi svingning eksperimenter med en 171Yb+ ion. For at opnå resultaterne, blev de ekstra opsætninger beskrevet i Supplerende dokument brugt. Resultaterne var medtaget for at vise en potentiel anvendelse af opsætningen af eksperimenterende forklarede i denne avis.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56060/56060fig1.jpg"> 
Figur 1: skematisk af den overflade ion trap. (en) røde prikker repræsenterer de fangne ioner. De brune og gule elektroder angiver RF og DC elektroderne, henholdsvis. De grå pile viser retningen af det elektriske felt under positiv fase af RF spænding. Bemærk at skematiske ikke udtrækkes til skala. (b) lodret dimensioner af elektrode struktur. (c) lateralt dimensioner af elektrode struktur. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56060/56060fig1large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56060/56060fig2.jpg"> 
Figur 2: Forenklet energi-niveau diagrammer af en 174Yb+ ion og en neutral 174Yb atom. (en) når et 369.5 nm laser er forstemt til den røde side (lavere frekvens) af resonans, en cykling overgang mellem 2P1/2 og 2S1/2 reducerer den kinetiske energi af ion på grund af Doppler effekt. Lejlighedsvis, en lille men finite forgrening forhold gør elektron reducering fra 2P1/2 til 2D3/2, og en 935-nm laser er forpligtet til at returnere elektronen tilbage til de vigtigste cykling overgang. Elektronen kan også henfald i en 2F7/2 tilstand en gang i timen, i gennemsnit, og en 638 nm laser kan pumpe det ud af tilstanden 2F7/2 , men det er ikke nødvendigt for et simpelt system38. Værdierne i ket notationen repræsenterer fremskrivninger for de samlede kantede momenta J langs kvantisering akse MøllerJørgensen. (b) til at ionisere neutrale atomer fordampet fra ovnen, en to-foton absorption proces blev brugt39. En 399 nm laser spændt en elektron til 1P1 tilstand, og den 369.5 nm photon for Doppler køling havde mere energi end nødvendigt at fjerne den glade elektron fra ion. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56060/56060fig2large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56060/56060fig3.jpg"> 
Figur 3: fabrikation proces flow af en overflade ion trap. (en) termisk oxidation til at vokse en 5.000 Å-tykke SiO2 lag og LPCVD af et 2.000 Å-tykke Si3N4 lag. (b) Deposition og ICP ætsning af en 1,5 µm-tyk spruttede Al lag. (c) aflejring af en 14 µm tykt SiO2 lag på begge sider af den wafer ved hjælp af PECVD processer. (d) mønster af 14 µm tykt SiO2 lag deponeret på forsiden af den wafer ved hjælp af en RIE proces (e) mønstre af 14 µm tykt SiO2 lag deponeret på bagsiden af den wafer ved hjælp af en RIE proces. (f) aflejring af en 1,5 µm-tykke spruttede Al lag og en 1 µm tykt PECVD SiO2 lag. (g) mønstre af de 1,5 µm tykt Al lag ved hjælp af en ICP proces og 1 µm-tykke SiO2 lag ved hjælp af en RIE proces. (h) mønstre af 14 µm tykt SiO2 lag deponeret på forsiden af den wafer ved hjælp af en RIE proces. (jeg) mønstre af 5.000 Å-tykke SiO2 lag og 2.000 Å-tykke Si3N4 lag ved hjælp af en RIE proces. (j) DRIE af silicium substrat 450 µm fra bagsiden af wafer. (k) våd-ætsning af SiO2 lag på Al elektroder og dæksider af de dielektriske søjler. (l) Penetration af silicium substrat fra forsiden gennem en DRIE proces. Bemærk at skema ikke er trukket til skala. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56060/56060fig3large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56060/56060fig4.jpg"> 
Figur 4: et eksempel på DC-spænding, der anvendes til at fælde ioner. Spændinger anvendes på de indvendige skinner kan kompensere for den asymmetriske elektrisk felt i den vandrette retning at vippe de vigtigste akser i det samlede potentiale i et tværplan. Den aksiale fælde frekvens genereret af spænding sæt var 550 kHz. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56060/56060fig4large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>
ether.Within-side = "1" ><img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56060/56060fig5v2.jpg"> 
Figur 5: skematisk af opsætningen af optiske. Tre diode lasere er justeret for at overlappe ved fældefangst position. Forsænket viewport UHV kammerets tillader imaging linsen skal placeres så tæt som muligt til chippen overflade. En flip-spejl placeret mellem de billeddiagnostiske linse og EMCCD giver mulighed for selektiv overvågning af ion fluorescens ved hjælp af enten en foton ganges tube (PMT) eller en EMCCD. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56060/56060fig5v2large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56060/56060fig6.jpg"> 
Figur 6: billeder af de beregnede optisk setup. (en) A coil er viklet omkring den forreste viewport kammer til at generere et magnetfelt, som kan bryde degenererede energi niveauer af ytterbium ioner. (b) den optiske setup til at styre 399 nm og 935 nm bjælker. De røde og grønne linjer angiver strålegang af 935 nm og 399 nm lasere, henholdsvis. (c) konfigurationen af imaging system, herunder flip-spejl, imaging linsen, EMCCD og restkontantrabat Stien til fluorescens udledes fra de fangne ioner kan bestemmes af flip-spejl. De grønne og hvide pile angiver stien til fluorescens når overvåges af EMCCD og ydelse, henholdsvis. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56060/56060fig6large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56060/56060fig7.jpg"> 
Figur 7: fabrikation resultater af den overflade ion trap. (en) oversigt over chip layout. (b) en forstørret visning af chip-layout, som viser flere ydre DC elektroderne. (c) en forstørret visning af chip layout, som viser lastning slot. (d) en tværsnitsundersøgelse se i regionen fældefangst før gennemtrængende lastning slot. (e) en tværsnitsundersøgelse se i regionen fældefangst efter gennemtrængende lastning slot. (f) A forstørret tværsnits visning af oxid søjle. Oxid søjler har ujævne vægge, og længder af overhæng er ikke tilstrækkelige, som tilskrives en uensartet etch sats på SiO2 på grænsefladerne mellem de separat deponerede 3,5 µm tykt SiO2 lag. (g) A ovenfra af en wire-bonding pad af en DC elektrode. (h) A tværsnits visning af en via. Tilbøjelig profiler af oxid søjler giver mulighed for tilslutning af DC elektrode og jorden lag under aflejring af Al lag på dæksiden oxid søjle i stedet for at udfylde den via huller med en elektroplettering. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56060/56060fig7large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56060/56060fig8.jpg"> 
Figur 8: et EMCCD billede af fem 174Yb+ ioner fanget på microfabricated ion-fælde chip. Billede af den overflade fælde elektrode struktur blev taget hver for sig, og billeder af de fangne ion og elektroderne blev kombineret for klarhed. Intensitet legenden gælder kun for pixel i boksen. Den tykke pil viser strålegang af 369.5 nm laser og de tynde pile repræsenterer x - og z-komponenter af fremdriften i photon. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56060/56060fig8large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56060/56060fig9.jpg"> 
Figur 9: justering af aksial potentialet i de fangne ioner i en lineær kæde. (en) syv ioner i midten af fælden. (b) ioner var regelmæssig snese mikrometer. (c) ion strengen presses i aksial retning. Denne figur ses bedst som en film, der overføres særskilt. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56060/56060fig9large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>
<img alt="Figure 10" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56060/56060fig10.jpg"> 
Figur 10: Forsøgsresultater af Rabi svingninger mellem de | 0 <img alt="Image 1" src="/files/ftp_upload/56060/56060img1.jpg"> </img> og | 1 <img alt="Image 1" src="/files/ftp_upload/56060/56060img1.jpg"> </img> stater. | 0<img alt="Image 1" src="/files/ftp_upload/56060/56060img1.jpg"> </img> er defineret som 2S1/2| F = 0, mF= 0<img alt="Image 1" src="/files/ftp_upload/56060/56060img1.jpg"> </img> tilstand af 171Yb+ ion, og | 1<img alt="Image 1" src="/files/ftp_upload/56060/56060img1.jpg"> </img> er defineret som 2S1/2| F = 1, mF= 0<img alt="Image 1" src="/files/ftp_upload/56060/56060img1.jpg"> </img> tilstand. Rabi svingning er foranlediget af en 12.6428-GHz mikrobølgeovn. Bloch kugler over plottet viser de tilsvarende quantum stater på forskellige tidspunkter. <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56060/56060fig10large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>
Supplerende dokument: <a href="//ecsource.jove.com/files/ftp_upload/56060/jove-56060_Supplementary_Document.pdf" target="_blank">Venligst klik her for at downloade dette dokument.</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

Dette paper præsenterer en microfabrication metode til overflade ion fælder, samt en detaljeret eksperimentel procedure for fældefangst ytterbium ioner i en stuetemperatur miljøet.

Eksperimentelle metoder til fældefangst ioner ved hjælp af Microfabricated overflade Ion fælder

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

Research

JoVE Journal

Engineering

Optical Trapping of Nanoparticles

Optisk diffusering af nanopartikler

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 ...

Characterization of Surface Modifications by White Light Interferometry: Applications in Ion Sputtering, Laser Ablation, and Tribology Experiments

Karakterisering af overflademodifikationer med hvidt lys Interferometry: aktuelle Ion Sputtering, laserablation, og Tribologi Eksperimenter

In materials science and engineering it is often necessary to obtain quantitative measurements of surface topography with micrometer lateral resolution. ...

Characterization of Electrode Materials for Lithium Ion and Sodium Ion Batteries Using Synchrotron Radiation Techniques

Karakterisering af elektrode materialer til lithium-ion og natrium ion-batterier Brug synkrotronstråling Techniques

Intercalation compounds such as transition metal oxides or phosphates are the most commonly used electrode materials in Li-ion and Na-ion batteries. ...

In Situ Neutron Powder Diffraction Using Custom-made Lithium-ion Batteries

In Situ Neutron Powder Diffraction Using Custom-made Lithium-ion Batteries

In Situ Neutron pulverdiffraktion Brug Skræddersyede lithium-ion batterier

Li-ion batteries are widely used in portable electronic devices and are considered as promising candidates for higher-energy applications such as electric ...

Surface Enhanced Raman Spectroscopy Detection of Biomolecules Using EBL Fabricated Nanostructured Substrates

Surface Enhanced Raman spektroskopi Detection af biomolekyler Brug EBL Færdige Nanostrukturerede Substrater

Fabrication and characterization of conjugate nano-biological systems interfacing metallic nanostructures on solid supports with immobilized biomolecules ...

Speciation and Bioavailability Measurements of Environmental Plutonium Using Diffusion in Thin Films

Artsdannelse og biotilgængelighed Målinger af Environmental Plutonium Brug Diffusion i Thin Films

The biological uptake of plutonium (Pu) in aquatic ecosystems is of particular concern since it is an alpha-particle emitter with long half-life which can ...

Advanced Experimental Methods for Low-temperature Magnetotransport Measurement of Novel Materials

Avancerede eksperimentelle metoder til lav-temperatur Magnetotransport Måling af nye materialer

Novel electronic materials are often produced for the first time by synthesis processes that yield bulk crystals (in contrast to single crystal thin film ...

Experimental Methods for Investigation of Shape Memory Based Elastocaloric Cooling Processes and Model Validation

Eksperimentelle metoder til undersøgelse af Shape Memory Baseret Elastocaloric Køling Processer og Model Validation

Shape Memory Alloys (SMA) using elastocaloric cooling processes have the potential to be an environmentally friendly alternative to the conventional vapor ...

Emission Spectroscopic Boundary Layer Investigation during Ablative Material Testing in Plasmatron

Spektroskopisk Boundary Layer Undersøgelse under ablative Material Testing i PlasmaTron

Ablative Thermal Protection Systems (TPS) allowed the first humans to safely return to Earth from the moon and are still considered as the only solution ...

Subsurface Defect Localization by Structured Heating Using Laser Projected Photothermal Thermography

Lokalisering af overfladefejl ved struktureret opvarmning ved hjælp af laserprojiceret fototermisk termografi

The presented method is used to locate subsurface defects oriented perpendicularly to the surface. To achieve this, we create destructively interfering ...