طرق تجريبية لمحاصرة الأيونات باستخدام ميكروفابريكاتيد السطحية الفخاخ أيون

الهدف العام من هذا الإجراء هو إعداد وإظهار إعداد تجريبي لاحتجاز أيونات الإيتربيوم التي تتضمن شريحة دقيقة الصنع. تعتبر تقنية المصيدة الأيونية واحدة من المرشحين الرئيسيين للتنفيذ المادي لمعالجة المعلومات الكمومية. يوفر هذا الإجراء البروتوكولات التفصيلية للتصنيع الدقيق لشريحة محاصرة بالإضافة إلى إنشاء إعداد تجريبي لاحتجاز الأيونات باستخدام شريحة المصيدة الدقيقة المصنعة.

توفر أنظمة المصيدة الأيونية التي طورتها تقنية التصنيع الدقيق إمكانات كبيرة لمعالجة المعلومات الكمومية والحوسبة الكمومية. وستوجه البروتوكولات المعروضة هنا عملية التصنيع وإعداد تجارب المصيدة الأيونية. يعد العرض المرئي لهذه الطريقة أمرا بالغ الأهمية لأنه يتطلب تنسيقا لمكونات مختلفة مثل الليزر وأنظمة التصوير وغرفة التفريغ والإلكترونيات والتصنيع الدقيق.

لإجراء التجربة ، يحتاج المرء أولا إلى تصنيع رقاقة الأيونات السطحية المحاصرة. هذا مثال على شريحة مثبتة في حامل يستخدم في هذا العرض التوضيحي. يتم تمثيل ميزات الشريحة في هذا التخطيطي ، وهناك فتحة تحميل ، يتم من خلالها إدخال ذرات محايدة.

على جانبي فتحة التحميل ، توجد أقطاب كهربائية للتردد اللاسلكي لحصر الأيونات في اتجاهات عمودية على الفتحة. الفولتية DC على الأقطاب الكهربائية الخارجية تحبس الأيونات على طول هذه الفتحة. تساعد الفولتية DC على الأقطاب الكهربائية الداخلية على إمالة المحور الرئيسي للجهد الكلي.

للتجربة ، قم بتركيب الشريحة المعبأة في غرفة تفريغ عالية جدا. في هذه الحالة ، تكون الشريحة في وسط غرفة كروية مثمنة. يتم تمثيل عناصر نظام التفريغ الفائق في هذه النظرة العامة التخطيطية.

يمكن للمضخة الأيونية وجهاز السحب غير التبخيري تحقيق ضغوط أقل من 3 × 10 إلى 11 Torr. يشتمل المثمن الكروي على فرن مليء بذرات الإيتربيوم. يتم تمثيل المثمن الكروي في وسط هذا التخطيطي للإعداد البصري النهائي.

تقع الشريحة الدقيقة في وسط المثمن. تسمح عمليات التغذية بالتوصيلات الكهربائية بأقطاب الرقاقة في فرن المثمن. يتم ترتيب العناصر البصرية بحيث تنتج ثلاثة ليزر حزما تتداخل في موضع الاصطياد.

منفذ الرؤية المريح في المثمن الكروي لعدسة التصوير بأن تكون قريبة من سطح الشريحة. قم بتصوير سطح الرقاقة بكاميرا CCD تضرب الإلكترون. قم بتوصيل الكابلات متعددة القنوات بمحول رقمي إلى تناظري.

قم بتوصيل الطرف الآخر من الكابلات متعددة القنوات بالتغذية من خلال المثمن الكروي. بالإضافة إلى ذلك ، قم بعمل التغذية المناسبة من خلال التوصيلات إلى مرنان حلزوني. بعد ذلك ، اعمل مع الرنان ومحلل الطيف ومقرنة اتجاهية.

قم بتوصيل إخراج مولد التردد اللاسلكي بإخراج قارنة التوصيل الاتجاهية. ثم قم بتوصيل إدخال الرنان بمنفذ الإدخال الخاص بمقرنة الاتجاه. قم بتوصيل المنفذ المقترن الأمامي بمدخل التردد اللاسلكي لمحلل الطيف.

قم بإنهاء المنفذ المقترن العكسي ، بمقاوم 50 أوم. الآن ، استعد لضبط غطاء الرنان الحلزوني. اضبط موضع غطاء الرنان الحلزوني ، ثم امسح ترددات المولد ، لتحديد التردد الذي يكون فيه الانعكاس حدا أدنى.

استمر في ضبط الرنان عن طريق ضبط موضع الغطاء. وفي الوقت نفسه ، راقب مسح التردد للعثور على تردد الحد الأدنى العالمي للطاقة المنعكسة. عند إيجاد الحد الأدنى العالمي ، قم بقفل موضع غطاء الرنان.

قم بإيقاف تشغيل مولد التردد اللاسلكي قبل المتابعة. للمتابعة ، قم بتثبيت جميع أجهزة الليزر في مكانها وتثبيتها وحظرها من أجل السلامة. قم بإلغاء حظر الليزر 369.5 نانومتر وموازاة الحزمة.

يجب أن ينتشر الشعاع باتجاه الرقاقة المحاصرة. قم بمحاذاة الشعاع بالتوازي مع الرقاقة ولمس سطحها تقريبا. استخدم بطاقة شعاع ، مقابل نقطة دخول الشعاع لاختبار المحاذاة ، حول البقعة ، تشير إلى أن الحزمة لا تنعكس عن أي سطح.

بعد ذلك ، قم بتركيب عدسة تركيز بؤري على مرحلة الترجمة. ضع العدسة ، لتركيز الشعاع بالقرب من إمكانات المحاصرة ، ولا تزال موازية لسطح الشريحة. انتقل إلى العمل مع بصريات التصوير.

اختر عدسة تصوير ذات فتحة عدمية عالية مثبتة على مرحلة الترجمة. ضع هذا أمام النافذة المريحة لغرف التفريغ عالية جدا. هذه طريقة عرض تخطيطية للإعداد مع وضع عدسة التصوير في مكانها.

بعد ذلك ، قم بمحاذاة شعاع الليزر ، بحيث يكون هناك بعض التشتت من سطح الشريحة. استخدم بطاقة شعاع كما كان من قبل للتحقق من أن الحزمة محظورة جزئيا. انتقل لوضع بطاقة الشعاع بالقرب من مستوى الصورة لعدسة التصوير.

اضبط موضع عدسة التصوير بمرحلة الترجمة. يجب أن يسمح الموضع الجديد للضوء المتناثر بإنتاج صورة حادة على بطاقة الشعاع. الآن ، ضع إلكترونا يضرب CCD في مرحلة الترجمة في مستوى تصوير العدسة.

أمام CCD ، ضع مرشح ممر النطاق لمنع ضوء الخلفية. يجب أن تكون الأقطاب الكهربائية مرئية ، باستخدام CCD وإعداد العدسة. بعد ذلك ، قم بمحاذاة الحزمة عموديا بحيث تمر عبر إمكانات الاصطياد.

ثم راقب الشعاع وحركه نحو سطح المصيدة. افترض الحد الأقصى لتشتت الحزمة ، مما يعني أن مركز الشعاع موجود على سطح الشريحة. الآن ، استخدم مرحلة ترجمة العدسة لتحريك الحزمة إلى الارتفاع المتوقع لإمكانات الاصطياد.

بعد هذا الضبط ، حرك مراحل الترجمة لعدسة التصوير و CCD للخلف بنفس المسافة ولاحظ الموضع. هذه هي النظرة التخطيطية للنظام في هذه المرحلة. يمر الشعاع عبر موضع المصيدة المتوقع.

استمر بعد إلغاء حظر الليزري الآخرين وابدأ في محاذاتهما. استبدل مرشح ممر النطاق أمام CCD ، بمرشح ممر نطاق 399 نانومتر. ثم اضبط عدسة التصوير ومواضع CCD لتركيز الأقطاب الكهربائية على CCD.

قم بمحاذاة الحزمة الموازاية 399 نانومتر ، لدخول غرفة التفريغ ، والانتشار في الاتجاه المعاكس للحزمة 369.5 نانومتر وتداخلها. أدخل مرآة ومرآة ثنائية اللون للجمع بين الحزمتين بحيث تتكاثر بشكل مشترك في الغرفة. للاختبار ، أضف مرآة مؤقتا إلى مسار الشعاع قبل الغرفة وتحقق من تداخل الشعاع مع ملف تعريف الحزمة.

أدخل عدسة تركيز بؤري على مرحلة الترجمة في مسار الحزمة بين المرايا ثنائية اللون والمرايا المؤقتة. استخدم ملف تعريف الشعاع للتحقق من تركيز الحزمتين. في هذه الحالة ، لا يتم تركيز الليزران في نفس النقطة التي ينبغي أن يكونوا.

أخيرا ، قم بمحاذاة الليزر 935 نانومتر لجعل الليزر في مصادفة. بمجرد الانتهاء من ذلك ، قم بإزالة المرآة المؤقتة وتأكد من إمكانية ملاحظة شعاع 399 نانومتر في CCD. قم بمحاذاة الحزمة رأسيا مع موضع المصيدة المتوقع ثم حرك الحزمة نحو الشريحة.

راقب صورة CCD واربط أقصى شدة للضوء المتناثر ، مع تركيز الشعاع على سطح الشريحة. ثم انقل الشعاع من السطح إلى الموضع المتوقع للمصيدة. اتبع ذلك عن طريق تحريك عدسة التصوير و CCD للخلف بنفس المسافة.

بعد ذلك ، اضبط الليزر 399 نانومتر بالقرب من انتقال الإيتربيوم 174 المناسب. راقب صورة CCD أثناء تشغيل الفرن الذي يحتوي على إيتربيوم وزيادة التيار. افعل ذلك أثناء كنس الليزر من خلال رنين الإيتربيوم ، لتحديد بداية التبخر ، من خلال مراقبة التألق.

لاحظ القيمة الحالية قبل التألق مباشرة وأغلق الفرن. قم بالتحضير النهائي لمحاصرة الأيونات. ارجع إلى مرشح ممر النطاق في CCD واستبدله بمرشح ممر نطاق 369.5 نانومتر.

بالإضافة إلى ذلك ، اضبط مواضع CCD وعدسة التصوير للتركيز البؤري 368.5 نانومتر. اضبط الفولتية للمحول الرقمي إلى التناظري الذي يتحكم في الأقطاب الكهربائية. ثم انتقل إلى مولد التردد اللاسلكي المتصل بالرنان الحلزوني.

قم بتشغيل المولد عند إعداد طاقة منخفض جدا وقم بزيادة طاقة الخرج تدريجيا. في كمبيوتر التحكم بالليزر ، اضبط ترددات الليزر ومصدر تيار الفرن على قيمها المناسبة. بعد بضع دقائق ، قم بحظر الليزر 935 نانومتر لفترة وجيزة لمدة ثانية إلى ثانيتين لبدء اختبار الاصطياد.

عرض المليدة باستخدام CCD. إذا كانت الأيونات محاصرة ، ينخفض معدل التشتت بشكل كبير وتتأثر الصورة بشكل ملحوظ. قم بحظر الليزر عدة مرات للتحقق من ارتباط الحجب بتغييرات الصورة.

بمجرد أن يتم احتجاز الأيونات ، أغلق الفرن. يشير هذا المركب من الإلكترون الذي يضاعف صور CCD إلى موقع خمسة أيونات إيتربيوم 174 1 + محاصرة في شريحة مصيدة أيونية دقيقة الصنع. يمكن تغيير عدد الأيونات المحاصرة عن طريق تغيير جهد التيار المستمر المطبق.

في هذا الفيديو للأيونات المحاصرة ، يتم التلاعب بالأيونات عن طريق تغيير جهد التيار المستمر للمصيدة. تم عرض بروتوكولات تصنيع مصائد الأيونات السطحية ومحاصرة أيونات نظائر الإيتربيوم 174 في هذا الفيديو. يمكن تمديد هذا الإجراء بسهولة لاحتجاز أيونات الإيتربيوم للنظير 171 ومعالجة المرحلة التكعيبية ، والتحرك في النهاية نحو معالجة المعلومات الكمومية والحوسبة الكمومية.