Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Engineering

Microfabricated सतह आयन जाल का उपयोग कर आयनों फँसाने के लिए प्रायोगिक तरीके

doi: 10.3791/56060 Published: August 17, 2017

Summary

इस कागज सतह आयन जाल, साथ ही एक कमरे में ytterbium आयनों को फँसाने के लिए एक विस्तृत प्रयोगात्मक प्रक्रिया के तापमान वातावरण के लिए एक microfabrication पद्धति प्रस्तुत करता है ।

Abstract

आयनों एक quadrupole पॉल जाल में फंसे मजबूत शारीरिक उंमीदवारों में से एक माना गया है क्वांटम सूचना प्रसंस्करण को लागू करने । यह उनकी लंबी जुटना समय और उनके लिए हेरफेर और व्यक्तिगत क्वांटम बिट्स (qubits) का पता लगाने की क्षमता की वजह से है । अधिक हाल के वर्षों में, microfabricated सतह आयन जाल बड़े पैमाने पर एकीकृत qubit प्लेटफार्मों के लिए और अधिक ध्यान प्राप्त किया है । इस कागज आयन जाल के लिए एक microfabrication पद्धति प्रस्तुत सूक्ष्म विद्युत यांत्रिक प्रणाली का उपयोग (एमईएमएस) प्रौद्योगिकी, एक 14 µm मोटी ढांकता परत और ढांकता परत के ऊपर धातु बदस्तूर संरचनाओं के लिए निर्माण विधि सहित । इसके अलावा, ytterbium (Yb) आयनों आइसोटोप १७४ (१७४Yb+) का उपयोग ३६९.५ एनएम, ३९९ एनएम, और ९३५ एनएम डायोड पराबैंगनीकिरण के लिए एक प्रयोगात्मक प्रक्रिया वर्णित है । इन तरीकों और प्रक्रियाओं कई वैज्ञानिक और इंजीनियरिंग विषयों शामिल है, और इस कागज पहले विस्तृत प्रयोगात्मक प्रक्रियाओं प्रस्तुत करता है । इस पत्र में चर्चा की विधियों को आसानी से आइसोटोप १७१ (१७१Yb+) के Yb आयनों के फँसाने के लिए और qubits के हेरफेर करने के लिए बढ़ाया जा सकता है.

Introduction

एक पॉल ट्रैप सीमित खाली जगह में आयनों सहित कणों, चार्ज कर सकते हैं, एक स्थिर बिजली के क्षेत्र का एक संयोजन का उपयोग कर और एक अलग बिजली के क्षेत्र में रेडियो फ्रीक्वेंसी पर दोलन (आरएफ), और माप जाल में सीमित आयनों की मात्रा राज्यों मापा जा सकता है और 1,2,3नियंत्रित । इस तरह के आयन जाल मूल रूप से सटीक माप अनुप्रयोगों के लिए विकसित किए गए थे, जिसमें ऑप्टिकल घड़ियां और मास स्पेक्ट्रोस्कोपी4,5,6. हाल के वर्षों में, इन आयन जाल भी सक्रिय रूप से एक भौतिक मंच के रूप में पता लगाया गया है क्वांटम जानकारी प्रसंस्करण को लागू करने के लिए फंसे आयनों के वांछनीय विशेषताओं के लिए जिंमेदार ठहराया, जैसे लंबी जुटना बार, एक अल्ट्रा में आदर्श अलगाव उच्च वैक्यूम (UHV) वातावरण, और व्यक्तिगत qubit हेरफेर की व्यवहार्यता7,8,9,10. चूंकि Kielpinski एट अल. 11 एक स्केलेबल आयन-जाल वास्तुकला कि क्वांटम कंप्यूटर, जंक्शन जाल12,13, बहु क्षेत्र जाल चिप्स14, और 2-डी सरणी सहित सतह जाल, के विभिंन प्रकार के विकास के लिए इस्तेमाल किया जा सकता का प्रस्ताव जाल15,16,17, अर्धचालक प्रक्रिया-व्युत्पंन microfabrication तरीकों का उपयोग कर विकसित किया गया है18,19,20,21 . भूतल जाल पर आधारित बड़े पैमाने पर क्वांटम सूचना प्रसंस्करण प्रणालियों22,23,24पर भी चर्चा की गई है ।

इस कागज आयनों microfabricated सतह आयन जाल का उपयोग कर फँसाने के लिए प्रयोगात्मक तरीके प्रस्तुत करता है । अधिक विशेष रूप से, सतह आयन जाल और गढ़े जाल का उपयोग आयनों फँसाने के लिए एक विस्तृत प्रक्रिया के निर्माण के लिए एक प्रक्रिया वर्णित हैं । इसके अतिरिक्त, प्रायोगिक प्रणाली की स्थापना के लिए विभिंन व्यावहारिक तकनीकों का विस्तृत वर्णन और आयनों को फँसाना अनुपूरक दस्तावेज़में प्रदान किया जाता है ।

microfabricating एक सतह आयन जाल के लिए पद्धति चरण 1 में दिया जाता है । चित्रा 1 एक सतह आयन जाल के एक सरलीकृत योजनाबद्ध से पता चलता है. अनुप्रस्थ विमान में इलेक्ट्रोड्स के लिए लागू किए गए वोल्टेज से उत्पन्न विद्युत क्षेत्रों को भी२५दिखाया गया है. एक आरएफ वोल्टेज आरएफ इलेक्ट्रोड की जोड़ी के लिए लागू किया जाता है, जबकि अन्य सभी इलेक्ट्रोड आरएफ जमीन पर रखा जाता है; ponderomotive संभावित26 आरएफ वोल्टेज द्वारा उत्पंन रेडियल दिशा के लिए आयनों को परिभाषित करता है । प्रत्यक्ष वर्तमान (DC) वोल्टेज आरएफ इलेक्ट्रोड के बाहर एकाधिक DC इलेक्ट्रोड के लिए लागू किया गया अनुदैर्ध्य दिशा में आयनों सीमित. आरएफ इलेक्ट्रोड के बीच भीतर की रेल अनुप्रस्थ विमान में कुल क्षमता के प्रमुख अक्षों झुकाव मदद करने के लिए डिज़ाइन कर रहे हैं. एक डीसी वोल्टेज सेट डिजाइन करने के लिए पद्धति अनुपूरक दस्तावेज़में शामिल है । इसके अलावा, भूतल आयन-ट्रैप चिप्स के आवश्यक ज्यामितीय मापदंडों को डिजाइन करने के लिए अधिक विवरण27,28,29,30,31में पाया जा सकता है ।

निर्माण चरण 1 में शुरू की विधि निंनलिखित पहलुओं पर विचार डिजाइन किया गया था । सबसे पहले, इलेक्ट्रोड परत और जमीन परत के बीच ढांकता परत पर्याप्त परतों के बीच बिजली के टूटने को रोकने के लिए मोटी होना चाहिए । आम तौर पर, मोटाई 10 µm से अधिक होना चाहिए । मोटी ढांकता परत के जमाव के दौरान जमा की गई फिल्मों से अवशिष्ट तनाव सब्सट्रेट या हर्जाना जमा करने वाली फिल्मों में झुककर पैदा हो सकता है. इस प्रकार, अवशिष्ट तनाव को नियंत्रित सतह आयन जाल के निर्माण में प्रमुख तकनीकों में से एक है । दूसरा, ढांकता के जोखिम आयन की स्थिति के लिए सतहों को कम किया जाना चाहिए क्योंकि आवारा आरोप ढांकता सामग्री पर बिखरे हुए पराबैंगनी (यूवी) पराबैंगनीकिरण, जो आयन की स्थिति के एक यादृच्छिक बदलाव में परिणाम में बारी से प्रेरित किया जा सकता है । उजागर क्षेत्र बदस्तूर इलेक्ट्रोड संरचनाओं डिजाइनिंग द्वारा कम किया जा सकता है । यह बताया गया है कि इलेक्ट्रोड के साथ सतह आयन जाल को भांप लिया है ठेठ प्रयोगात्मक शर्तों के तहत चार्ज करने के लिए प्रतिरोधी रहे हैं३२. तीसरा, विभिंन जमा फिल्मों सहित सभी सामग्री, लगभग 2 सप्ताह के लिए २०० ° c पाक का सामना करने में सक्षम होना चाहिए, और सभी सामग्रियों से outgassing की राशि UHV वातावरण के साथ संगत होना चाहिए । इस पत्र में भूतल आयन-ट्रैप चिप्स microfabricated का डिजाइन३३से ट्रैप डिजाइन पर आधारित है, जिसका सफलतापूर्वक विभिन्न प्रयोगों में इस्तेमाल किया गया३२,३३,३४, ३५. ध्यान दें कि इस डिजाइन तटस्थ परमाणुओं, जो बाद में फोटो-फंसाने के लिए कर रहे है लोड करने के लिए चिप के बीच में एक स्लॉट भी शामिल है ।

आयन के निर्माण के बाद जाल चिप, चिप घुड़सवार और बिजली चिप वाहक सोने की बांडिंग तारों का उपयोग करने के लिए जुड़ा हुआ है । चिप वाहक तो एक UHV कक्ष में स्थापित है । एक ट्रैप चिप पैकेज तैयार करने के लिए एक विस्तृत प्रक्रिया और UHV चैंबर के डिजाइन अनुपूरक दस्तावेज़में प्रदान की जाती हैं ।

ऑप्टिकल और बिजली के उपकरणों की तैयारी, साथ ही साथ आयनों फँसाने के लिए प्रयोगात्मक प्रक्रियाओं, चरण 2 में विस्तार से समझाया जाता है. ponderomotive क्षमता से फंसे आयनों आम तौर पर आसपास के बिजली के क्षेत्र है, जो लगातार आयनों की औसत काइनेटिक ऊर्जा बढ़ जाती है के उतार-चढ़ाव के अधीन हैं । डॉप्लर शिफ्ट पर आधारित लेजर शीतलक आयनों की गति से अतिरिक्त ऊर्जा को दूर करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है । चित्रा 2 एक १७४Yb+ आयन और एक तटस्थ १७४Yb एटम के सरलीकृत ऊर्जा स्तर के चित्र से पता चलता है. १७४Yb+ आयनों की डॉपलर शीतलक एक ३६९.५-एनएम लेजर और एक ९३५ एनएम लेजर की आवश्यकता है, जबकि तटस्थ १७४Yb परमाणुओं के फोटो ionization एक ३९९ एनएम लेजर की आवश्यकता है । कदम २.२ और २.३ एक कुशल विधि का वर्णन करने के लिए सतह आयन इन पराबैंगनीकिरण संरेखित करने के लिए जाल चिप और एक प्रक्रिया फोटो-ionization के लिए उचित शर्तों को खोजने के लिए । ऑप्टिकल और बिजली के घटकों को तैयार कर रहे हैं के बाद, आयनों फँसाना अपेक्षाकृत सरल है. आयनों फँसाने के लिए प्रयोगात्मक अनुक्रम चरण २.४ में प्रस्तुत किया है ।

Protocol

< p class = "jove_title" > 1. आयन का निर्माण-ट्रैप चिप पैकेज

  1. Microfabrication की सतह आयन-ट्रैप चिप.
    नोट: प्रत्येक प्रक्रिया के लिए इष्टतम पैरामीटर भिन्न उपकरणों के लिए काफी भिन्न हो सकते हैं के बाद से इस खंड में वर्णित प्रक्रिया शर्तों केवल किसी न किसी संदर्भ प्रदान करते हैं । तापमान की स्थिति केवल उच्च तापमान प्रक्रियाओं, जैसे ऑक्सीकरण और रासायनिक वाष्प जमाव के लिए दिया जाता है । निर्माण प्रक्रिया १०० मिमी व्यास सिलिकॉन वेफर्स का उपयोग कर बाहर किया जाता है ।
    1. 500-525 & #181 की मोटाई के साथ एक एकल क्रिस्टलीय सिलिकॉन वेफर तैयार; मी और इसे साफ पिरांहा समाधान का उपयोग कर के लिए 15 min.
    2. थर्मल एक भट्ठी ट्यूब में सिलिकॉन वेफर के लिए फार्म का ऑक्सीकरण ०.५ & #181; m-थिक सिइओ 2 ढांकता दोनों तरफ परतें ।
      नोट: इन परतों बिजली जमीन परत से सिलिकॉन सब्सट्रेट अलग कर सकते हैं । प्रक्रिया गीले ऑक्सीकरण में इस्तेमाल किया मापदंडों थे: O 2 प्रवाह दर की ६,५०० sccm, N 2 प्रवाह दर की ५,००० sccm, ज 2 प्रवाह दर की ७,००० sccm, प्रक्रिया के तापमान ९०० & #176; C, और प्रक्रिया समय ४.५ H (की सारणी देखें उपकरण विवरण के लिए सामग्री ).
    3. माज ०.२ & #181; m-थिक Si 3 N 4 परतें एक कम दबाव रासायनिक वाष्प जमाव (LPCVD) प्रक्रिया का उपयोग कर वेफर के दोनों ओर (< मजबूत वर्ग = "xfig" > चित्रा 3 ए ) के दौरान थर्मल ऑक्साइड परतों की रक्षा के लिए भीगी-खोदना प्रक्रिया में दिखाया < सबल वर्ग = "xfig" > चित्रा 3k .
      नोट: प्रक्रिया पैरामीटर LPCVD प्रक्रिया में उपयोग किए जाते हैं: H 2 SiCl 2 प्रवाह दर 30 sccm, NH 3 प्रवाह दर की १०० sccm, २०० mTorr के दाब, और प्रक्रिया तापमान ७८५ & #176; C. ४० & #197 की एक साठा दर में यह परिणाम मिनट (उपकरण विवरण के लिए सामग्री की तालिका देखें).
    4. माज a १.५ & #181; m-थिक Al/(1%) एक sputtering प्रक्रिया का उपयोग कर वेफर पर परत और निंनलिखित पैरामीटर: Ar ४० sccm की प्रवाह दर, 2 mTorr के दबाव, और ३०० W.
      की आरएफ शक्ति नोट: यह १३० & #197 के एक जमाव दर में परिणाम (उपकरण विवरण के लिए सामग्री
      के तालिका देखें) मिनट.
      नोट: इस परत को एक जमीन विमान सिलिकॉन सब्सट्रेट के माध्यम से आरएफ नुकसान को रोकने के लिए प्रदान करता है और भी तार के लिए संपर्क अंक-संबंध पैड प्रदान करता है । 1% तांबे के साथ एल्यूमीनियम मिश्र धातु बेकिंग प्रक्रिया के दौरान मूंछ गठन को रोकने के लिए एक UHV वातावरण को प्राप्त करने के लिए प्रयोग किया जाता है । यह रचना मूंछ की रोकथाम के लिए जरूरी है ।
    5. स्पिन a 2 & #181; एम-मोटी सकारात्मक photoresist परत पर वेफर और lithographically पैटर्न यह आरएफ परिरक्षण विमान और तार बंध पैड को परिभाषित करने के लिए ।
      नोट: 2 & #181; m-मोटी photoresist के लिए प्रक्रिया पैरामीटर्स हैं: ५,००० आरपीएम की स्पिन गति, ४० एस के स्पिन समय, प्री-बेक तापमान ९५ & #176; सी, ९० एस के प्री-बेक टाइम, एक्सपोजर एनर्जी ऑफ़ १४४ मूवीस/cm 2 , ६० एस के समय का विकास, पोस्ट-सेंकना तापमान ११० के & #176; सी, और 5 मिनट के बाद सेंकना समय (रासायनिक और उपकरणों के विवरण के लिए सामग्री
      के तालिका देखें).
    6. प्रतिमान द १.५ & #181; m-मोटी अल/(1%) परत एक पारंपरिक सूखी-नक़्क़ाशी प्रक्रिया का उपयोग (प्रतिक्रियाशील आयन नक़्क़ाशी (रिे) या आगमनात्मक प्लाज्मा (आईसीपी) नक़्क़ाशी), photoresist के साथ कदम 1.1.5 में नमूनों के रूप में नक़्क़ाशी मुखौटा ।
      नोट: एक आईसीपी नक़्क़ाशी निंनलिखित प्रक्रिया के मापदंडों के साथ प्रयोग किया जाना चाहिए: BCl 3 प्रवाह की दर 20 sccm, सीएल 2 प्रवाह दर की 30 sccm, दबाव के 5 mTorr, और आरएफ पावर के ७५० W । ३,६०० & #197 के एक खोदना दर में यह परिणाम; मिनट (उपकरण विवरण के लिए सामग्री
      की तालिका देखें).
    7. निकालें photoresist में प्रयुक्त चरण 1.1.6 usung आण O 2 प्लाज्मा ashing प्रक्रिया (< सुदृढ वर्ग = "xfig" > चित्रा 3 बी ).
      नोट: ashing प्रक्रिया के लिए प्रक्रिया पैरामीटर्स हैं: O 2 प्रवाह दर १५० sccm, ०.७५ mTorr के दबाव, और ३०० W की आरएफ पावर (उपकरण विवरण के लिए सामग्री की तालिका देखें).
    8. जमा a 14 & #181; m-थिक सिइओ 2 परत वेफर के दोनों ओर प्लाज्मा-संवर्धित रासायनिक वाष्प जमाव (PECVD) प्रक्रियाओं का उपयोग (< मजबूत वर्ग = "xfig" > चित्रा 3 सी ).
      नोट: प्रक्रिया पैरामीटर PECVD प्रक्रिया में उपयोग किए जाते हैं: शिः 4 प्रवाह दर ५४० sccm, १.९ Torr के दबाव, प्रक्रिया तापमान ३५० & #176; C, और आरएफ पावर की ७५० W. ३,००० & #197 की एक साठा दर में यह परिणाम मिनट (उपकरण विवरण के लिए सामग्री की तालिका देखें). जमा करने के बाद से 14 & #181; m-थिक सिइओ 2 लेयर सबसे कठिन प्रक्रियाओं में से एक है, विवरण आगे चर्चा में वर्णित हैं ।
    9. स्पिन a 6 & #181; एम-मोटी सकारात्मक photoresist परत के मोर्चे पर वेफर और lithographically पैटर्न यह के माध्यम से परिभाषित करने के लिए छेद करने के लिए बिजली के तार संबंध पैड के लिए डीसी इलेक्ट्रोड कनेक्ट.
      नोट: 6 & #181; m-मोटी photoresist के लिए प्रक्रिया पैरामीटर्स हैं: ५,००० आरपीएम की स्पिन गति, ४० एस के स्पिन समय, प्री-सेंकना तापमान ९५ & #176; सी, 5 मिनट के पूर्व सेंकना समय, ९०० माइकल एम/सेमी 2 के जोखिम ऊर्जा, 10 मिनट के समय का विकास, पोस्ट-सेंकना तापमान ११० के & #176; सी, और 5 मिनट के बाद सेंकना समय (रासायनिक और उपकरणों के विवरण के लिए सामग्री
      के तालिका देखें).
    10. पैटर्न द 14 & #181; m-थिक सिइओ 2 परत एक पारंपरिक रिे प्रक्रिया का उपयोग कर वेफर के मोर्चे पर, photoresist नक़्क़ाशी मुखौटा के रूप में कदम 1.1.9 में नमूनों के साथ ।
      नोट: सिइओ 2 नक़्क़ाशी के लिए प्रक्रिया पैरामीटर हैं: CHF 3 प्रवाह की दर 25 sccm, CF 4 प्रवाह दर की 5 sccm, Ar प्रवाह दर की ५० sccm, दबाव की १३० mTorr, और आरएफ पावर की ६०० W. ३,६०० & #197 के एक खोदना दर में यह परिणाम; मिनट (उपकरण विवरण के लिए सामग्री
      की तालिका देखें).
    11. एक ओ 2 प्लाज्मा ashing प्रक्रिया के साथ कदम 1.1.10 में इस्तेमाल photoresist को हटा दें । एक गरम विलायक में वेफर डुबकी या sonicate यह ashing से पहले (< मजबूत वर्ग = "xfig" > चित्रा 3d ).
    12. स्पिन a 6 & #181; m-मोटी सकारात्मक photoresist परत वेफर और lithographically पैटर्न की पीठ पर यह गहरी प्रतिक्रियाशील आयन नक़्क़ाशी (डरिए) सिलिकॉन सब्सट्रेट के लिए एक ऑक्साइड हार्ड मास्क बनाने के लिए (< मजबूत वर्ग = "xfig" > चित्रा 3j ).
    13. पैटर्न द 14 & #181; m-थिक सिइओ 2 परत वेफर की पीठ पर एक पारंपरिक रिे प्रक्रिया का उपयोग कर, photoresist के रूप में कदम 1.1.12 में patterned नक़्क़ाशी मुखौटा के रूप में ।
    14. एक O 2 प्लाज्मा ashing प्रक्रिया (< सुदृढ वर्ग = "xfig" > चित्र 3e ) के साथ चरण 1.1.13 में उपयोग किए गए photoresist को निकालें.
    15. माज a १.५ & #181; m-थिक Al/घन (1%) परत, जो एक sputtering प्रक्रिया का उपयोग कर इलेक्ट्रोड के रूप में प्रयोग किया जाता है ।
    16. जमा a 1 & #181; m-मोटी सिइओ 2 परत पर वेफर का प्रयोग कर एक PECVD प्रक्रिया (< सुदृढ वर्ग = "xfig" > चित्रा 3f ).
    17. स्पिन एक 2 & #181; एम-मोटी सकारात्मक photoresist परत पर वेफर और lithographically पैटर्न यह इलेक्ट्रोड को परिभाषित करने के लिए.
    18. प्रतिमान द १.५ & #181; m-थिक Al/घन (1%) परत व द 1 & #181; m-थिक सिइओ 2 परत एक पारंपरिक आईसीपी नक़्क़ाशी प्रक्रिया का उपयोग कर, photoresist नक़्क़ाशी मुखौटा के रूप में कदम 1.1.17 में नमूनों के साथ ।
    19. एक O 2 प्लाज्मा ashing प्रक्रिया (< सुदृढ वर्ग = "xfig" > चित्रा 3g ) के साथ चरण 1.1.18 में प्रयुक्त photoresist को हटा दें.
    20. स्पिन एक 6 & #181; m-मोटी सकारात्मक photoresist परत पर वेफर और lithographically पैटर्न इसे परिभाषित करने के लिए 14 & #181; m-मोटी ऑक्साइड स्तंभ पैटर्न.
    21. पैटर्न द 14 & #181; m-थिक सिइओ 2 परत एक पारंपरिक रिे प्रक्रिया का उपयोग कर, photoresist के रूप में कदम 1.1.20 में पैटर्न नक़्क़ाशी मुखौटा के रूप में ।
    22. एक O 2 प्लाज्मा ashing प्रक्रिया (< सुदृढ वर्ग = "xfig" > चित्र 3h ) के साथ चरण 1.1.21 में उपयोग किए गए photoresist को निकालें.
    23. स्पिन a 6 & #181; m-मोटी सकारात्मक photoresist परत पर वेफर और lithographically पैटर्न यह लोडिंग स्लॉट का पर्दाफाश करने के लिए ।
    24. पैटर्न सिइओ 2 और Si 3 एन 4 एक पारंपरिक रिे प्रक्रिया का उपयोग कर परतों, photoresist के साथ कदम 1.1.23 में patterned नक़्क़ाशी मुखौटा के रूप में ।
    25. एक O 2 प्लाज्मा ashing प्रक्रिया (< सुदृढ वर्ग = "xfig" > चित्र टैक्टिकल ) के साथ चरण 1.1.24 में उपयोग किए गए photoresist को निकालें.
    26. पैटर्न एक डरिए प्रक्रिया का उपयोग कर वेफर की पीठ से सिलिकॉन सब्सट्रेट (< मजबूत वर्ग = "xfig" > चित्रा 3j ).
      नोट: खोदना गहराई बार मापा जाना चाहिए पीठ से सिलिकॉन सब्सट्रेट के प्रवेश को रोकने के लिए. लक्ष्य खोदना गहराई लगभग 450-470 & #181; मी. डरिए प्रक्रिया की पुनरावृत्ति के साथ किया गया था c 4 f 8 जमाव के लिए 5 एस, सी 4 8 के लिए खोदना 3 एस, और 5 एस के लिए Si खोदना. म c 4 8 साठा कदम, ग 4 8 , एस एफ 6 , और एआर के प्रवाह दर १००, ०.५, और 30 sccm, क्रमशः थे । ध्यान रखें कि Ar c 4 f 8 और Si की खोदना दर में तेजी लाने के लिए उपयोग किया जाता है, लेकिन यह भी c 4 f 8 जमाव चरण में लागू होता है, जो दबाव की स्थिति को स्थिर करने के लिए एक ही प्रवाह दर के साथ । में ग 4 F 8 खोदना कदम, प्रवाह दर ०.५, ५०, और 30 sccm को क्रमशः बदल रहे थे । एसआई खोदना कदम, ०.५, १००, और 30 sccm के प्रवाह दर में क्रमशः, उपयोग किया गया । आरएफ शक्ति और चैंबर दबाव सभी चरणों में ८२५ डब्ल्यू और 23 mTorr के लिए निर्धारित किया गया था । इन स्थितियों के लिए, एसआई के खोदना दर 1 & #181; m प्रत्येक लूप के लिए (उपकरण विवरण के लिए सामग्री की तालिका देखें) ।
    27. 10 मिमी x 10 मिमी टुकड़े एक dicing मशीन का उपयोग कर में वेफर पासा ।
    28. को 5 मिनट के लिए एसीटोन में सूई देकर मरने से dicing टेप को अलग कर लें । इसे चलाने में डूबा द्वारा मरने साफ (DI) पानी के लिए 10 मिनट और isopropyl शराब (आइपीए) के लिए 2 मिनट के लिए यह शुष्क 2 मिनट के लिए ११० & #176; C.
    29. ऑक्साइड के खंभे के sidewalls खोदना करने के लिए इलेक्ट्रोड के लिए एक ऑक्साइड गीला नक़्क़ाशी प्रक्रिया का उपयोग करने के लिए एक बफर ऑक्साइड नक़्क़ाशी (बोए) में ६० s । जो है (NH 4 F:HF = 6:1) (< सबल वर्ग = "xfig" > चित्रा 3k ). 2 मिनट के लिए 10 मिनट और आइपीए के लिए DI पानी चलाने में यह सूई से मरने को साफ 2 मिनट के लिए इसे ११० & #176; C.
    30. एक डरिए प्रक्रिया का उपयोग कर मरने के सामने से भट्ठा के आकार का आयन लोड छेद घुसना.
      नोट: आयन ट्रैप चिप्स के निर्माण की प्रक्रिया इस कदम पर पूरा हो गया है (< मजबूत वर्ग = "xfig" > चित्रा 3l ).
< p class = "jove_title" > 2. ऑप्टिकल और बिजली के उपकरणों की तैयारी और आयनों फँसाना < p class = "jove_content" > नोट: गढ़े जाल चिप एक चिप वाहक के साथ पैक किया जाता है, और चिप वाहक एक UHV कक्ष में स्थापित किया गया है । जबकि ट्रैप-चिप पैकेज बनाने के लिए और UHV चैंबर तैयार करने के लिए प्रक्रियाओं अनुपूरक दस्तावेज़ में प्रदान की जाती हैं, इस खंड को ऑप्टिकल और बिजली के उपकरणों की स्थापना के लिए और आयनों फँसाने के लिए विवरण का वर्णन है ।

  1. विद्युत कनेक्शनों की तैयारी.
    1. संगत डीसी नियंत्रण इलेक्ट्रोड के लिए वोल्टेज लागू करने के लिए UHV चैंबर के पीठ पर feedthrough के लिए एक मल्टी चैनल डिजिटल-टू-एनालॉग कनवर्टर (डैक) कनेक्ट.
      नोट: < सबल वर्ग = "xfig" > चित्रा 4 जाल चिप के लिए लागू वोल्टेज का एक उदाहरण से पता चलता है. इस तरह के एक डीसी वोल्टेज सेट डिजाइन करने के लिए विस्तृत विधि अनुपूरक दस्तावेज़ .
    2. में वर्णित है
    3. feedthrough में वापस एक ओवन पिन करने के लिए एक मौजूदा स्रोत से कनेक्ट करें ।
    4. एक आरएफ जनरेटर और पेचदार प्रतिध्वनित के बीच एक दिशात्मक युग्मक जोड़ें । दिशात्मक युग्मक के उत्पादन बंदरगाह के लिए आरएफ जनरेटर से संकेत कनेक्ट । इसके अलावा, पेचदार प्रतिध्वनित के इनपुट बंदरगाह के लिए दिशात्मक युग्मक के इनपुट बंदरगाह से कनेक्ट ।
      नोट: इस कॉन्फ़िगरेशन पेचदार प्रतिध्वनि < सुप वर्ग से प्रतिबिंबित पावर की निगरानी के लिए अनुमति देता है = "xref" > ३६ .
    5. पेचदार प्रतिध्वनित टोपी की स्थिति को समायोजित करने और आवृत्ति जिस पर प्रतिबिंब एक ंयूनतम पर है खोजने के लिए जनरेटर की आवृत्ति को स्कैन । वैश्विक न्यूनतम मिलता है जब तक इस चरण को दोहराएँ ।
      नोट: आवृत्ति वैश्विक ंयूनतम पर गुंजयमान आवृत्ति है । एक ट्रैकिंग जनरेटर विकल्प या एक नेटवर्क विश्लेषक के साथ एस 11 पैरामीटर की माप के साथ एक स्पेक्ट्रम विश्लेषक का उपयोग न्यूनतम प्रतिबिंब के लिए स्कैनिंग प्रक्रिया को सरल कर सकते हैं. एक डैक वोल्टेज स्रोत या ओवन के लिए वर्तमान स्रोत के साथ बिजली के कनेक्शन के किसी भी बदल गया है, आरएफ feedthrough के प्रतिबाधा बदल गया है, और गुंजयमान आवृत्ति बदलाव होगा.
    6. बंद करो आरएफ जनरेटर.
      चेतावनी: जब पेचदार प्रतिध्वनित उच्च आरएफ वोल्टेज जाल को लागू कर रहा है, किसी भी बिजली के कनेक्शन है कि प्रतिबाधा परिवर्तन पैदा कर सकता है बदल नहीं है । अचानक प्रतिबाधा परिवर्तन आसानी से चिप के बंधन तारों को जला सकते हैं.
  2. ३६९.५ एनएम लेजर और इमेजिंग प्रणाली के संरेखण ।
    1. Collimate एक ऑप्टिकल फाइबर से ३६९.५ एनएम लेजर एक संधानक का उपयोग कर और चिप की ऊंचाई के लिए ऑप्टिकल मेज की सतह से संधानक की ऊंचाई से मेल करने की कोशिश; बीम को क्षैतिज रूप से प्रचारित करें ।
    2. ने ट्रैप चिप की ओर collimated ३६९.५-एनएम बीम की प्रचारात्मक दिशा निर्धारित की, या तो UHV चैंबर के बाएं या दाएं viewport के माध्यम से, जैसा कि < सबल वर्ग = "xfig" > चित्रा 5 में दिखाया गया है । मोटे रूप से संरेखित करें यह ऐसी है कि लेजर बीम जाल चिप सतह के समानांतर प्रचार और लगभग चिप की सतह को छूता है ।
    3. एक अनुवाद मंच पर ३६९.५-एनएम लेजर के लिए एक ध्यान केंद्रित लेंस माउंट । प्रचार दिशा के साथ ध्यान केंद्रित लेंस प्लेस इतना है कि लेजर चिप सतह के ऊपर ट्रैपिंग की स्थिति के आसपास में केंद्रित हो जाएगा और इतना है कि ध्यान केंद्रित लेजर जाल चिप सतह के साथ प्रचार । अनुवाद मंच के साथ ध्यान केंद्रित लेंस की स्थिति को समायोजित करें; लेजर बीम फोकस की स्थिति ध्यान केंद्रित लेंस के आंदोलन का पालन करेंगे ।
    4. जगह एक उच्च संख्यात्मक-एपर्चर इमेजिंग लेंस UHV चैंबर के सामने एक अनुवाद मंच पर घुड़सवार, चिप सतह से दूरी पर विचार (< मजबूत वर्ग = "xfig" > चित्रा 5 ).
    5. ३६९.५-एनएम बीम को ट्रैप-चिप की सतह के साथ संरेखित करता है ताकि चिप की सतह से लेजर कैटरिंग की कुछ मात्रा हो ।
      नोट: बिखरे हुए प्रकाश इमेजिंग लेंस द्वारा एकत्र लेंस के छवि विमान के चारों ओर एक बेहोश छवि बनेगी । इस छवि को आम तौर पर देखा जा सकता है, यहां तक कि फ्लोरोसेंट कागज के साथ जब क्षेत्र पर्याप्त अंधेरा है ।
    6. इमेजिंग लेंस की स्थिति को समायोजित जब तक फ्लोरोसेंट कागज पर छवि तेज हो जाता है ।
    7. जगह एक इलेक्ट्रॉन गुणा चार्ज-युग्मित डिवाइस (EMCCD) एक अनुवाद मंच पर घुड़सवार, लेंस के इमेजिंग विमान के स्थान पर विचार, पिछले कदम में पाया ।
    8. माउंट एक अवरक्त (IR) EMCCD के सामने फिल्टर ओवन जब ओवन वाष्पीकरण के लिए गर्म है से काले शरीर के विकिरण ब्लॉक करने के लिए ।
    9. माउंट एक ३६९.५-एनएम bandpass फिल्टर EMCCD के सामने पृष्ठभूमि प्रकाश ब्लॉक करने के लिए.
    10. इलेक्ट्रोड के लेआउट के साथ EMCCD की छवि की तुलना करें । EMCCD और छवि लेंस के पदों को समायोजित जब तक इलेक्ट्रोड EMCCD के साथ देखा जा सकता है । दोनों इमेजिंग लेंस और EMCCD जब तक छवि तेज हो जाता है संरेखित करें ।
    11. की पहचान जो इलेक्ट्रोड EMCCD में दिखाए जाते हैं और EMCCD संरेखित करने के लिए अपने केंद्र से मेल करने के लिए अपेक्षित ट्रैपिंग स्थान है ।
    12. ३६९.५-एनएम बीम खड़ी इतनी संरेखित करें कि यह ट्रैपिंग की स्थिति के माध्यम से पारित होगा । किरण के केंद्र और जाल की सतह के बीच की दूरी का पता लगाने के लिए, बीम के तितर बितर होने तक जाल की सतह की ओर ले जाएं ।
      नोट: कदम 2.2.12 के बाद, यह माना जा सकता है कि बीम के केंद्र चिप सतह पर सही है ।
    13. ट्रैप संभावित < सुप वर्ग के संख्यात्मक अनुकरण से
    14. = "xref" > 29 , चिप सतह से आयन ट्रैपिंग की स्थिति की अपेक्षित ऊंचाई ढूँढें. ३६९.५ एनएम बीम की उंमीद ऊंचाई से चिप सतह से दूर हटो लेंस अनुवाद मंच के माइक्रोमीटर का उपयोग कर । इमेजिंग लेंस और EMCCD को उसी दूरी से वापस ले जाएं । इमेजिंग लेंस और EMCCD.
    15. के माइक्रोमीटर रीडिंग नीचे लिखें
  3. ३९९ एनएम और ९३५ एनएम पराबैंगनीकिरण और ओवन परीक्षण के संरेखण ।
    1. की जगह ३९९ एनएम bandpass फिल्टर के साथ ३६९.५ एनएम bandpass फ़िल्टर करें । इमेजिंग लेंस के संख्यात्मक अनुकरण से, ३९९-एनएम प्रकाश की फोकल लंबाई के बीच का अंतर है और ३६९.५-एनएम रंगीन वाकया से उत्पंन प्रकाश की है कि लगता है । इमेजिंग लेंस और EMCCD के अनुदैर्ध्य पदों को समायोजित ३९९-एनएम EMCCD.
    2. पर ध्यान केंद्रित करने के लिए
    3. Collimate ३९९ और ९३५ एनएम मुस्कराते हुए, ऑप्टिकल फाइबर से दिया, संबंधित collimators के साथ, और फाइबर collimators की ऊंचाइयों को समायोजित करने के लिए दोनों मुस्कराते हुए क्षैतिज प्रचार कर चिप की ऊंचाई मैच ।
    4. एक और viewport के माध्यम से जाल चिप सतह की ओर ३९९ एनएम बीम संरेखित करें जैसे कि ३९९ एनएम लेजर ३६९.५ एनएम लेजर से विपरीत दिशा में प्रचार कर रहा है । collimated ३९९ एनएम लेजर केंद्रित ३६९.५ एनएम लेजर के साथ ओवरलैप बनाने की कोशिश करो ।
    5. एक dichroic मिरर का उपयोग कर collimated ३९९ एनएम लेजर के साथ collimated ९३५ एनएम बीम गठबंधन और ९३५ एनएम बीम इस तरह संरेखित करें कि ९३५ एनएम लेजर सह ३९९ एनएम लेजर के साथ प्रचार करती है । जांच करने के लिए कितनी अच्छी तरह दो मुस्कराते हुए एक दूसरे के साथ ओवरलैप कर रहे हैं, एक अस्थाई दर्पण के साथ उन दो मुस्कराते हुए हटाने से पहले वे कक्ष में प्रवेश और बीम या तो एक बीम profiler या एक pinhole का उपयोग कर पथ के साथ मुस्कराते हुए के स्थानों को मापने । यदि अंतरिक्ष चैंबर और ध्यान केंद्रित लेंस के बीच अस्थाई दर्पण रखने के लिए अपर्याप्त है, एक छोटे ऑप्टिकल breadboard पर ऑप्टिकल सेटअप डाल पर विचार; ओवरलैप की डिग्री एक अलग जगह पर जांच की जा सकती है ।
    6. एक अतिरिक्त अनुवाद मंच पर दोनों पराबैंगनीकिरण के लिए एक ध्यान केंद्रित लेंस माउंट और dichroic मिरर और अस्थाई दर्पण के बीच केंद्रित लेंस सेट । ट्रैपिंग की स्थिति के लिए अस्थाई दर्पण से दूरी का अनुमान लगाने और फोकस लेंस के स्थान को समायोजित ऐसे कि ३९९ एनएम लेजर ट्रैपिंग की स्थिति पर ध्यान केंद्रित है (< मजबूत वर्ग = "xfig" > फिगर घमण्ड ).
    7. की जांच करें कि ३९९ एनएम लेजर का ध्यान ९३५ एनएम लेजर के ध्यान के साथ मेल खाता है । दो घावों ओवरलैप नहीं करते हैं, तो पतले ९३५ एनएम लेजर संरेखित करें ।
    8. ३९९ एनएम लेजर पथ में अस्थाई दर्पण निकालें । EMCCD का उपयोग चिप सतह पर ३९९ एनएम लेजर के ट्रेस की जांच करें । अगर ३९९ एनएम लेजर बीम का कोई निशान नहीं देखा जा सकता है, चिप के आसपास ३९९ एनएम बीम पथ हटो । इसके अलावा, थोड़ा चैंबर और इमेजिंग लेंस के बीच की दूरी को समायोजित जब तक चिप सतह की छवि तेज हो जाता है ।
    9. चिप सतह पर ३९९ एनएम बीम का पता लगाने के लिए संरेखित करें जैसे कि यह अपेक्षित ट्रैपिंग की स्थिति को पास करेगा । ३६९.५ एनएम बीम संरेखण के लिए इसी तरह, बिखरे हुए प्रकाश की तीव्रता अधिकतम हो जाता है जब तक चिप सतह की ओर ३९९-एनएम बीम हटो ।
    10. एक माइक्रोमीटर का उपयोग 2.2.13 कदम में इस्तेमाल किया एक ही ऊंचाई से चिप सतह से दूर ३९९ एनएम लेजर बीम चाल । इमेजिंग लेंस और EMCCD को उसी दूरी से वापस ले जाएं ।
    11. अस्थाई कदम 2.3.4 वापस में इस्तेमाल किया दर्पण रखो । चरण 2.3.6 दोहराएँ, और उसके बाद अस्थायी प्रतिबिंब निकालें ।
      नोट: कदम 2.3.10 के बाद, ९३५ एनएम लेजर चिप सतह के ऊपर ट्रैपिंग की स्थिति के माध्यम से गुजर सकता है ग्रहण किया जा सकता है ।
    12. ३९९ एनएम लेजर के तरंग दैर्ध्य सेट के करीब 1 S 0 - 1 पी 1 संक्रमण के १७४ Yb (७५१,५२६ GHz) । स्वाभाविक रूप से होने वाली Yb के साथ भरा ओवन के लिए वर्तमान को चालू करें और धीरे से वर्तमान में वृद्धि.
      नोट: सामान्य रूप से, वाष्पीकरण जरूरी नहीं है एक ही वर्तमान में अवशिष्ट गैस विश्लेषक द्वारा पाया (्गा), अनुपूरक दस्तावेज़ में वर्णित के रूप में, इसलिए वाष्पीकरण मनाया जब तक विभिन्न वर्तमान मूल्यों का प्रयास करें. केवल जब तटस्थ Yb परमाणुओं को वाष्पित करने के लिए शुरू और लेजर की आवृत्ति के साथ गुंजयमान है 1 S 0 - 1 P 1 संक्रमण Yb आइसोटोप में से एक का, & #160; तटस्थ Yb परमाणुओं को अवशोषित करने के लिए शुरू कर देंगे लेजर प्रकाश और फिर से यह उत्सर्जन ऐसी है कि Yb से प्रतिदीप्ति EMCCD के साथ मनाया जा सकता है । आम तौर पर, गुंजयमान आवृत्तियों एक तरंग दैर्ध्य मीटर से मापा जाता है नाममात्र मूल्यों से स्थानांतरित कर रहे हैं, दसियों से मेगाहर्ट्ज के सैकड़ों को लेकर. इसलिए, प्रत्येक वर्तमान सेटिंग के लिए, लेज़र आवृत्ति 1 GHz की एक स्पैन श्रेणी के साथ स्कैनिंग और एक चरण से कम ५० मेगाहर्ट्ज की सिफारिश की है ।
    13. एक बार स्वाभाविक रूप से होने वाली ओवन से गुंजयमान प्रतिदीप्ति मनाया जाता है, जब तक प्रतिदीप्ति नहीं मनाया जा सकता है वर्तमान कम ।
    14. पहले गुंजयमान आवृत्ति के आसपास लेजर स्कैन और प्रत्येक प्रतिध्वनि पर प्रतिदीप्ति की राशि नीचे लिखें । प्रतिदीप्ति शक्ति के वितरण की तुलना करें और < सुप वर्ग से मानों के साथ अनुनादों के बीच रिक्ति = "xref" > 37 . अलग आइसोटोप के लिए प्रतिध्वनि आवृत्तियों की पहचान.
      नोट: १७४ Yb की प्रतिध्वनि लगभग 751.52646 (2) टीएचजैड होना मापा गया है । हालांकि, यह मान थोड़ा डॉपलर प्रभाव द्वारा खिसकाया है, और मापा मान तरंग दैर्ध्य मीटर की सटीकता के आधार पर भिन्न हो सकते हैं.
  4. फँसाने आयनों.
    1. ३६९.५ एनएम bandpass फिल्टर के साथ ३९९ एनएम bandpass फिल्टर की जगह और इमेजिंग लेंस और कदम EMCCD में प्राप्त की स्थिति को वापस 2.2.13 इतना है कि ३६९.५ एनएम प्रतिदीप्ति फंस आयनों द्वारा उत्सर्जित EMCCD पर imaged किया जा सकता है । सभी पराबैंगनीकिरण एक बार दोहराने कदम 2.2.12 और बीम ओवरलैप के दृश्य निरीक्षण के लिए यूवी और आईआर देखने के कार्ड का उपयोग करके एक और समय के संरेखण की जाँच करें.
    2. जांच कि डैक के वोल्टेज एकपुनः ठीक से सेट । एक बहुत कम बिजली की स्थापना पर आरएफ जनरेटर चालू करें और धीरे-धीरे उत्पादन शक्ति में वृद्धि । इसके अलावा, सुनिश्चित करें कि पेचदार प्रतिध्वनित से प्रतिबिंबित शक्ति अभी भी कम से गूंज के आसपास आरएफ आवृत्ति स्कैनिंग से है ।
      चेतावनी: सुनिश्चित करें कि प्रवर्धित वोल्टेज पर ट्रैप चिप टूटने वोल्टेज से अधिक नहीं है । वायुमंडलीय दबाव में एक सिइओ फिल्म की ढांकता ताकत लगभग १० वी/मुख्यमंत्री के नाम से जानी जाती है, लेकिन इस मान को UHV वातावरण में ग्रहण नहीं किया जा सकता. हालांकि सटीक टूटने वोल्टेज UHV वातावरण में स्पष्ट रूप से मापा नहीं है, 8-& #181; एम पार्श्व अंतराल में ट्रैप चिप की एक 10 -11 -Torr वैक्यूम झेलने २४० V आरएफ वोल्टेज आयाम के प्रायोगिक सेटअप में.
    3. १७४ Yb की प्रतिध्वनि आवृत्ति के लिए ३९९-एनएम लेजर की आवृत्ति सेट, चरण 2.3.13 में पहचान की । के लिए ९३५-एनएम लेजर की आवृत्ति सेट करें १७४ Yb + आइसोटोप.
      नोट: एक तरंग दैर्ध्य मीटर के साथ, 320.57199 (1) टीएचजैड इस्तेमाल किया जा सकता है, लेकिन तरंग दैर्ध्य मीटर की सीमित सटीकता के कारण, वहाँ एक भिन्नता के दसियों करने के लिए मेगाहर्ट्ज हो सकता है.
    4. एक मूल्य है कि ~ 100-200 मेगाहर्ट्ज प्रतिध्वनि आवृत्ति से भी कम है कि अगर वहां तरंग दैर्ध्य मीटर के साथ अशुद्धि के कुछ राशि है पर ३६९.५-एनएम लेजर की आवृत्ति सेट, आवृत्ति अभी भी लाल-सुरीला होगा ।
      नोट: यहां, २००-मेगाहर्ट्ज ट्यूनिंग की उंमीद अनुनाद से घटाया है जब १७४ Yb + की उंमीद गुंजयमान आवृत्ति के आसपास है 811.29152 (1) टीएचजैड.
    5. ओवन के लिए वर्तमान स्रोत पर बारी और जब तक यह कदम 2.3.12 में पाया मान तक पहुंच वर्तमान धीरे वृद्धि हुई है । कुछ मिनटों के लिए प्रतीक्षा करें । यदि कोई आयन फंस गया है, वर्तमान में वृद्धि ~ 0.1-0.2 A और फिर से प्रतीक्षा करें । यदि आयन अभी भी नहीं फंसा है, की जांच करें कि परिलक्षित आरएफ कम से कम अभी भी है और फिर धीरे से आरएफ जनरेटर के उत्पादन शक्ति में वृद्धि ।
      चेतावनी: सुनिश्चित करें कि प्रवर्धित वोल्टेज ट्रैप चिप पर अपेक्षित ब्रेकडाउन वोल्टेज से अधिक नहीं है ।
    6. संक्षेप में ९३५ एनएम लेजर ब्लॉक और जांच करें कि क्या वहां छवि में कोई परिवर्तन है ।
      नोट: यदि EMCCD सेटिंग्स (सहित इलेक्ट्रॉन गुणा (EM) लाभ, जोखिम समय, और छवि के विपरीत) एक उचित सीमा के भीतर नहीं हैं, यहां तक कि जब एक आयन फंस गया है, यह आसान नहीं है कि ट्रैपिंग क्षेत्र के आसपास में तीव्रता के परिवर्तन बता एक असली फंस आयन द्वारा या ३६९.५ एनएम लेजर के कैटरिंग में परिवर्तन के कारण होता है । IR फिल्टर के कारण, EMCCD कैमरा ९३५ एनएम लेजर में कोई परिवर्तन नहीं दिखा सकता है, तो ९३५ एनएम लेजर अवरुद्ध छवि के लिए कोई परिवर्तन नहीं है जब कोई फंस आयन है । हालांकि, अगर एक आयन फंस गया है, ३६९.५ एनएम लेजर के तितर बितर दर ९३५ एनएम लेजर के बिना काफी बूंदें । इसलिए, ९३५ एनएम लेजर अवरुद्ध की वजह से EMCCD छवि के लिए परिवर्तन आयनों फँसाने की सफलता का एक अच्छा संकेत है.
      चेतावनी: यदि ९३५ एनएम लेजर बहुत लंबे समय के लिए अवरुद्ध है, फंस आयन गर्म हो जाता है और जाल से बच सकता है ।
    7. आयनों के फँस जाने के बाद ओवन को
    8. बंद कर दें । की प्रतिध्वनि को खोजने की कोशिश करें ३६९.५ एनएम लेजर धीरे से आवृत्ति बढ़ रही है ।
      नोट: आवृत्ति प्रतिध्वनि के करीब हो जाता है के रूप में, बिखरने दर में वृद्धि होगी, लेकिन एक बार प्रतिध्वनि पार कर जाता है, ३६९.५ एनएम लेजर के बजाय यह ठंडा है, जो बारी में फंस आयन की छवि का कारण बनता है अस्थिर बनने के लिए आयन हीटिंग शुरू होता है । ३६९.५ एनएम लेजर की प्रतिध्वनि आवृत्ति एक बार पाया है, प्रतिध्वनि से 10 मेगाहर्ट्ज द्वारा लेजर की आवृत्ति को कम.
    9. ३६९.५ एनएम की छितराई दर अधिकतम हो जाता है जब तक ९३५ एनएम लेजर की आवृत्ति स्कैन ।
    10. इमेजिंग लेंस के स्थानों और EMCCD कैमरा समायोजित जब तक आयन की छवि पैनापन.

Representative Results

चित्रा 7 की स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोग्राफ (SEM) गढ़े आयन-ट्रैप चिप से पता चलता है । आरएफ इलेक्ट्रोड, भीतरी डीसी इलेक्ट्रोड, बाहरी डीसी इलेक्ट्रोड, और लोडिंग स्लॉट सफलतापूर्वक गढ़े गए थे. ढांकता पिलर के sidewall प्रोफाइल फूटे हो गए क्योंकि PECVD ऑक्साइड कई चरणों में जमा हो गई थी । एकाधिक जमाव कदम मोटी ऑक्साइड फिल्मों से अवशिष्ट तनाव के प्रभाव को कम करने के लिए इस्तेमाल किया गया । इस चर्चामें आगे बताया गया है.

चित्रा 8 पांच १७४Yb+ आयनों microfabricated आयन-जाल चिप का उपयोग कर फंस के EMCCD छवि से पता चलता है. फंसे आयनों लगातार डॉपलर शीतलक के साथ 24 से अधिक एच के लिए पिछले कर सकते हैं । फंसे आयनों की संख्या 1 और 20 के बीच लागू डीसी वोल्टेज सेट बदलकर समायोजित किया जा सकता है । इस प्रायोगिक सेटअप बहुत विश्वसनीय और मजबूत है और वर्तमान में आपरेशन में ५० महीने के लिए किया गया है ।

चित्रा 9 के अक्षीय दिशा के साथ फंसे आयनों के गढ़शंकर से पता चलता है । चित्रा 9b में आयन स्थिति है कि डीसी वोल्टेज बदलकर डीसी संभावित ंयूनतम की स्थिति के समायोजन के माध्यम से चित्रा 9a में से विस्थापित है ।

चित्रा 10 एक १७१Yb+ आयन के साथ रबी दोलन प्रयोगों के प्रारंभिक परिणामों से पता चलता है. परिणाम प्राप्त करने के लिए, अनुपूरक दस्तावेज़ में वर्णित अतिरिक्त सेटअप का उपयोग किया गया । इस पेपर में बताया गया प्रयोगात्मक सेटअप का संभावित आवेदन दिखाने के लिए परिणाम शामिल किए गए ।

Figure 1
चित्रा 1: सतह आयन जाल के योजनाबद्ध । () लाल डॉट्स फंस आयनों का प्रतिनिधित्व करते हैं । ब्राउन और पीले इलेक्ट्रोड क्रमशः आरएफ और डीसी इलेक्ट्रोड, संकेत मिलता है. ग्रे तीर आरएफ वोल्टेज के सकारात्मक चरण के दौरान बिजली के क्षेत्र की दिशा दिखा । ध्यान दें कि योजनाबद्ध पैमाने के लिए तैयार नहीं है । (b) इलेक्ट्रोड संरचना के अनुलंब आयाम । (c) इलेक्ट्रोड संरचना के पार्श्व आयाम । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 2
चित्रा 2: एक १७४Yb+ आयन और एक तटस्थ १७४Yb एटम के सरलीकृत ऊर्जा स्तर के चित्र । () जब एक ३६९.५ एनएम लेजर प्रतिध्वनि के लाल पक्ष (निचली आवृत्ति) के लिए, 2पी1/2 और 2एस1/2 के बीच एक साइकिल संक्रमण के लिए एक धुन है आयन की काइनेटिक ऊर्जा कम कर देता है क्योंकि डॉपलर प्रभाव. कभी-कभार, एक छोटी लेकिन परिमित बंटी अनुपात 2पी1/2 से 2डी3/2के लिए इलेक्ट्रॉन क्षय बनाता है, और एक ९३५ एनएम लेजर के लिए इलेक्ट्रॉन वापस मुख्य सायक्लिंग संक्रमण के लिए आवश्यक है । इलेक्ट्रॉन भी एक घंटे प्रति एक बार 2एफ7/2 राज्य में क्षय कर सकते हैं, औसत पर, और एक ६३८ एनएम लेजर इसे बाहर पंप कर सकते है 2f7/2 राज्य की, लेकिन यह एक साधारण प्रणाली के लिए आवश्यक नहीं है३८। ket नोटेशन में मान परिमाणीकरण अक्ष mjके साथ कुल कोणीय momenta j के अनुमानों का प्रतिनिधित्व करते हैं । () ओवन से काफूर तटस्थ परमाणुओं को दूर करने के लिए, एक दो-फोटॉन अवशोषण प्रक्रिया३९का उपयोग किया गया था । एक ३९९ एनएम लेजर 1पी1 राज्य के लिए एक इलेक्ट्रॉन उत्साहित है, और ३६९.५ एनएम फोटॉन डॉपलर ठंडा करने के लिए आयन से उत्तेजित इलेक्ट्रॉन को दूर करने के लिए आवश्यक से अधिक ऊर्जा था । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 3
चित्रा 3: एक सतह आयन जाल का निर्माण प्रक्रिया प्रवाह. () थर्मल ऑक्सीकरण एक ५,००० å-मोटी सिइओ2 परत और एक २,००० å-मोटी Si3एन4 परत के LPCVD बढ़ने के लिए । () एक १.५ µm-मोटी sputtered अल परत के साठा और आईसीपी नक़्क़ाशी । () PECVD प्रक्रियाओं का उपयोग कर वेफर के दोनों किनारों पर एक 14 µm-मोटी सिइओ2 परत का जमाव । () 14 µm-मोटी सिइओ2 परत के पैटर्न एक रिे प्रक्रिया का उपयोग कर वेफर के मोर्चे पर जमा () 14 µm-मोटी सिइओ2 परत के patterning एक रिे प्रक्रिया का उपयोग कर वेफर की पीठ पर जमा । () एक १.५ µm-मोटी sputtered अल परत और एक 1 µm-मोटी PECVD सिइओ2 परत का जमाव । () १.५ µm-मोटी अल परत के patterning एक आईसीपी प्रक्रिया का उपयोग कर और 1 µm-मोटी सिइओ2 परत एक रिे प्रक्रिया का उपयोग कर । (एच) 14 µm-मोटी सिइओ2 परत के patterning एक रिे प्रक्रिया का उपयोग कर वेफर के मोर्चे पर जमा । (मैं) ५,००० å-मोटी सिइओ2 परत और २,००० å-मोटी सी3एन4 परत के patterning एक रिे प्रक्रिया का उपयोग कर । (j) सिलिकॉन सब्सट्रेट ४५० µm का डरिए वेफर के पीछे से । (कश्मीर) अल इलेक्ट्रोड्स पर सिइओ परत की भीगी-नक़्क़ाशी और ढांकता स्तंभों की sidewalls. (एल) एक डरिए प्रक्रिया के माध्यम से सामने से सिलिकॉन सब्सट्रेट की पैठ । ध्यान दें कि योजनाबद्ध पैमाने के लिए तैयार नहीं हैं । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 4
चित्रा 4: डीसी वोल्टेज का एक उदाहरण के लिए आयनों जाल का इस्तेमाल किया सेट । भीतरी रेल के लिए लागू वोल्टेज क्षैतिज दिशा में असममित बिजली के क्षेत्र के लिए क्षतिपूर्ति करने के लिए अनुप्रस्थ विमान में कुल क्षमता के प्रमुख अक्षों झुकाव कर सकते हैं । वोल्टेज सेट द्वारा उत्पन्न अक्षीय जाल आवृत्ति ५५० kHz था. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

ईथर के भीतर पृष्ठ = "1" >Figure 5
चित्र 5: ऑप्टिकल सेटअप की योजनाबद्ध. तीन डायोड पराबैंगनीकिरण फँसाने की स्थिति पर ओवरलैप करने के लिए गठबंधन कर रहे हैं. UHV चैंबर के अवकाश viewport इमेजिंग लेंस चिप सतह के लिए संभव के रूप में बंद के रूप में रखा जा करने के लिए अनुमति देता है । इमेजिंग लेंस और EMCCD के बीच रखा एक फ्लिप दर्पण या तो एक फोटॉन गुणा ट्यूब (पीएमटी) या एक EMCCD का उपयोग कर प्रतिदीप्ति आयन के चयनात्मक निगरानी के लिए अनुमति देता है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 6
चित्र 6: निर्माण ऑप्टिकल सेटअप की छवियां। () एक कुंडल कक्ष के सामने viewport के आसपास घाव है एक चुंबकीय क्षेत्र है, जो ytterbium आयनों के उत्पंन ऊर्जा स्तर को तोड़ सकते है उत्पंन करते हैं । () ३९९ एनएम और ९३५ एनएम बीम स्टीयरिंग के लिए ऑप्टिकल सेटअप । लाल और हरी लाइनों ९३५ एनएम और ३९९ एनएम पराबैंगनीकिरण, क्रमशः के बीम पथ संकेत मिलता है । (c) इमेजिंग सिस्टम का कॉंफ़िगरेशन, जिसमें फ़्लिप-मिरर, इमेजिंग लेंस, EMCCD, और PMT शामिल हैं । फंसे आयनों से उत्सर्जित प्रतिदीप्ति का मार्ग फ्लिप-दर्पण द्वारा निर्धारित किया जा सकता है । हरे और सफेद तीर EMCCD और पीएमटी, क्रमशः द्वारा निगरानी की जा रही है जब प्रतिदीप्ति के पथ से संकेत मिलता है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 7
चित्रा 7: सतह आयन जाल का निर्माण परिणाम । () चिप लेआउट का अवलोकन. () चिप लेआउट, जो कई बाहरी डीसी इलेक्ट्रोड से पता चलता है की एक बढ़ाया देखें । () चिप लेआउट, जो लोडिंग स्लॉट से पता चलता है की एक बढ़ाया देखें । (d) लोडिंग स्लॉट मर्मज्ञ करने से पहले ट्रैपिंग क्षेत्र का एक क्रॉस-अनुभागात्मक दृश्य । (e) लोडिंग स्लॉट मर्मज्ञ के बाद ट्रैपिंग क्षेत्र का एक क्रॉस-अनुभागीय दृश्य । () ऑक्साइड स्तंभ का एक बढ़ाया पार अनुभागीय दृश्य । ऑक्साइड खंभे दांतेदार दीवारों है, और बदस्तूर की लंबाई पर्याप्त नहीं है, जो अलग से जमा ३.५ µm-मोटी सिइओ2 परतों के बीच इंटरफेस पर गैर-वर्दी खोदना सिइओ की दर के लिए जिंमेदार ठहराया है2 । (g) किसी DC इलेक्ट्रोड के वायर-बॉन्डिंग पैड का एक शीर्ष दृश्य । (h) एक via का एक क्रॉस-अनुभागीय दृश्य । ऑक्साइड स्तंभों की झुका प्रोफाइल एक विद्युत प्रक्रिया के साथ छेद के माध्यम से भरने के बजाय ऑक्साइड स्तंभ के sidewall पर अल परत के जमाव के दौरान डीसी इलेक्ट्रोड और जमीन की परत के कनेक्शन के लिए अनुमति देते हैं. कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 8
चित्रा 8: microfabricated आयन पर फंसे पांच १७४Yb+ आयनों की एक EMCCD छवि-जाल चिप. सतह ट्रैप इलेक्ट्रोड संरचना की छवि अलग से लिया गया था, और फंस आयन की छवियों और इलेक्ट्रोड की स्पष्टता के लिए संयुक्त थे. तीव्रता लेजेंड केवल बॉक्स में पिक्सेल पर लागू होता है । मोटी तीर ३६९.५ एनएम लेजर के बीम पथ से पता चलता है और पतले तीर एक्स और जेड फोटॉन की गति के घटकों का प्रतिनिधित्व करते हैं । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 9
चित्र 9: एक रैखिक श्रृंखला में फंस आयनों के अक्षीय क्षमता का समायोजन. (एक) जाल के केंद्र में सात आयनों । () आयनों micrometers के दसियों शटल थे । () आयन के तार को अक्षीय दिशा में निचोड़ा गया है । यह आंकड़ा एक फिल्म है, जो अलग से अपलोड की गई है के रूप में सबसे अच्छा देखा है । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

Figure 10
चित्र 10: । 0 Image 1 और | 1 Image 1 राज्य के बीच रबी दोलनों के प्रायोगिक परिणामImage 1 2S1/2के रूप में निर्धारित है । fImage 1 = 0, mf= 0Image 1 १७१Yb+ आयन की स्थिति, और | 2S1/2के रूप में परिभाषित किया गया है | च = 1, m= 0 राज्य ।Image 1 रबी दोलन को १२.६४२८-गीगा माइक्रोवेव द्वारा प्रेरित किया जाता है । भूखंड के ऊपर Bloch क्षेत्रों अलग समय में इसी क्वांटम राज्यों दिखा । कृपया यहां क्लिक करें इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण को देखने के लिए ।

अनुपूरक दस्तावेज: इस दस्तावेज़ को डाउनलोड करने के लिए कृपया यहां क्लिक करें.

Discussion

इस कागज microfabricated सतह आयन जाल का उपयोग कर आयनों फँसाने के लिए एक विधि प्रस्तुत किया । एक आयन ट्रैपिंग प्रणाली के निर्माण के विभिंन अनुसंधान क्षेत्रों में अनुभवों की आवश्यकता है, लेकिन पहले विस्तार से वर्णित नहीं किया गया है । इस पेपर microfabricating एक जाल चिप के लिए विस्तृत प्रक्रियाओं के रूप में अच्छी तरह के रूप में पहली बार के लिए जाल आयनों के लिए एक प्रयोगात्मक सेटअप के निर्माण के लिए प्रदान की है । इस कागज भी फंसाने १७४Yb+ आयनों और फँसा आयनों के साथ प्रयोग करने के लिए विस्तृत प्रक्रिया प्रदान की है ।

microfabrication प्रक्रियाओं में एक महत्वपूर्ण बाधा का सामना करना पड़ा ढांकता परत का जमाव है, 10 से अधिक µm की मोटाई के साथ । मोटी ढांकता परत के जमाव प्रक्रिया के दौरान, अवशिष्ट तनाव का निर्माण कर सकते हैं, जो ढांकता फिल्म को नुकसान हो सकता है या यहां तक कि वेफर तोड़ । अवशिष्ट तनाव को कम करने के लिए, जो आम तौर पर compression है, एक धीमी गति से जमाव दर४०का उपयोग किया जाना चाहिए । हमारे मामले में, ११०.४ MPa के एक संपीड़न तनाव शिः के ५४० sccm के जमाव की स्थिति के साथ मापा गया था4 गैस प्रवाह दर, १४० डब्ल्यू आरएफ पावर, और १.९ दबाव के Torr पर 5-µm फिल्म मोटाई । इन शर्तों काफी भिन्न उपकरणों के लिए भिन्न हो सकते हैं, क्योंकि हालांकि, ये प्रक्रिया स्थितियाँ केवल किसी न किसी संदर्भ प्रदान करते हैं । संचित तनाव के प्रभाव को कम करने के लिए, ३.५ µm-मोटी सिइओ2 फिल्में प्रस्तुत विधि में वेफर के दोनों किनारों पर अदल-बदल कर जमा की गईं । ढांकता परत की आवश्यक मोटाई कम किया जा सकता है अगर एक छोटे आरएफ वोल्टेज आयाम और इसलिए एक उथले जाल गहराई चुना जाता है । हालांकि, एक उथले जाल गहराई आसानी से फंस आयनों के भागने की ओर जाता है, तो मोटा ढांकता परतों का निर्माण, जो उच्च आरएफ वोल्टेज का सामना कर सकते हैं, और अधिक वांछनीय है ।

निर्माण इस पत्र में प्रस्तुत विधि के लिए कुछ सीमाएं हैं । हैंग हो जाता है की लंबाई पूरी तरह से फंस आयनों से ढांकता sidewalls छिपाने के लिए पर्याप्त नहीं हैं, के रूप में चित्रा 7fमें दिखाया गया है । इसके अलावा, ऑक्साइड स्तंभों के sidewalls, ऊर्ध्वाधर ऑक्साइड स्तंभ की तुलना में ढांकता sidewalls के उजागर क्षेत्र में वृद्धि फूटे हैं । उदाहरण के लिए, एक 5 µm वर्दी के साथ लोड हो रहा है स्लॉट के पास इनर डीसी रेल के sidewall के मामले में, यह गणना की है कि ढांकता सतह के ३३% ऊर्ध्वाधर sidewall के फंसे आयन स्थिति के संपर्क में है । फूटे-किनारे के मामले में sidewall क्षेत्र में ७०% से अधिक की गड़बड़ी सामने आई है । इन गैर आदर्श निर्माण परिणाम उजागर dielectrics से अतिरिक्त आवारा क्षेत्रों पैदा कर सकते हैं, लेकिन प्रभाव मात्रात्मक मापा नहीं गया है । फिर भी, गढ़े चिप के रूप में ऊपर की सूचना सफलतापूर्वक आयन फंसाने और qubit हेरफेर प्रयोगों में इस्तेमाल किया गया है । इसके अलावा इस पेपर में पेश की गई ट्रेप चिप को लोडिंग स्लॉट के पास सिलिकॉन sidewalls उजागर किया है । देशी ऑक्साइड सिलिकॉन सतहों पर विकसित कर सकते है और अतिरिक्त आवारा क्षेत्रों में परिणाम कर सकते हैं । इसलिए, यह एक अतिरिक्त धातु परत के साथ सिलिकॉन सब्सट्रेट की रक्षा के लिए सिफारिश की है, के रूप में३३

ट्रैप करने के लिए १७४Yb+ आयनों, पराबैंगनीकिरण की आवृत्तियों मेगाहर्ट्ज के कुछ दसियों के भीतर स्थिर किया जाना चाहिए, और कुछ अलग तरीके उन्नत setups में चर्चा कर रहे हैं३८,४१. हालांकि, इस पत्र में चर्चा की सरल सेटअप के लिए, प्रारंभिक फँसाना केवल एक तरंग दैर्ध्य मीटर का उपयोग स्थिरीकरण के साथ संभव है.

इस पत्र के जाल के लिए एक प्रोटोकॉल प्रदान की १७४Yb+ आयनों का उपयोग कर एक microfabricated सतह आयन-जाल चिप । हालांकि १७१Yb+ आयनों फँसाने के लिए प्रोटोकॉल विशेष रूप से चर्चा नहीं है, इस पत्र में वर्णित प्रयोगात्मक सेटअप भी जाल १७१Yb+ आयनों के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है और qubit राज्य में हेरफेर करने के लिए १७१ Yb+ आयनों रबी दोलन परिणाम प्राप्त करने के लिए ( चित्र 10में दिखाया गया है) । यह पराबैंगनीकिरण के उत्पादन के लिए कई ऑप्टिकल मॉडुलन जोड़कर किया जा सकता है और एक माइक्रोवेव सेटअप का उपयोग करके, के रूप में अनुपूरक दस्तावेज़में वर्णित है ।

अंत में, प्रयोगात्मक तरीकों और इस पत्र में प्रस्तुत परिणाम सतह आयन जाल का उपयोग कर विभिंन क्वांटम जानकारी अनुप्रयोगों के विकास के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है ।

Disclosures

लेखकों का खुलासा करने के लिए कुछ नहीं है ।

Acknowledgments

इस शोध को आंशिक रूप से विज्ञान मंत्रालय, आईसीटी, और भविष्य की योजना (MSIP), कोरिया, सूचना प्रौद्योगिकी अनुसंधान केंद्र (ITRC) सहायता कार्यक्रम (IITP-2017-2015-0-00385) और आईसीटी आर & #38;D कार्यक्रम (१००४३४६४, के विकास के तहत द्वारा समर्थित किया गया संचार प्रणालियों के लिए आवेदन के लिए क्वांटम पुनरावर्तक प्रौद्योगिकी), सूचना के लिए संस्थान द्वारा निगरानी & #38; संचार प्रौद्योगिकी संवर्धन (IITP).

Materials

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Wineland, D. J. Nobel Lecture: Superposition, entanglement, and raising Schrödinger's cat. Rev Mod Phys. 85, (3), 1103 (2013).
  2. Blatt, R., Wineland, D. Entangled states of trapped atomic ions. Nature. 453, (7198), 1008-1015 (2008).
  3. Leibfried, D., Blatt, R., Monroe, C., Wineland, D. Quantum dynamics of single trapped ions. Rev Mod Phys. 75, (1), 281 (2003).
  4. Paul, W. Electromagnetic traps for charged and neutral particles. Rev Mod Phys. 62, (3), 531 (1990).
  5. Rosenband, T., et al. Frequency ratio of Al+ and Hg+ single-ion optical clocks; metrology at the 17th decimal place. Science. 319, (5871), 1808-1812 (2008).
  6. Dawson, P. H. Quadrupole mass spectrometry and its applications. 1st ed, Elsevier. Amsterdam, Netherlands. (2013).
  7. Ladd, T. D., Jelezko, F., Laflamme, R., Nakamura, Y., Monroe, C., O'Brien, J. L. Quantum computers. Nature. 464, (7285), 45-53 (2010).
  8. Monz, T., et al. Realization of a scalable Shor algorithm. Science. 351, (6277), 1068-1070 (2016).
  9. Debnath, S., Linke, N. M., Figgatt, C., Landsman, K. A., Wright, K., Monroe, C. Demonstration of a small programmable quantum computer with atomic qubits. Nature. 536, (7614), 63-66 (2016).
  10. Blatt, R., Roos, C. F. Quantum simulations with trapped ions. Nature Phys. 8, (4), 277-284 (2012).
  11. Kielpinski, D., Monroe, C., Wineland, D. J. Architecture for a large-scale ion-trap quantum computer. Nature. 417, (6890), 709-711 (2002).
  12. Moehring, D. L., et al. Design, fabrication and experimental demonstration of junction surface ion traps. New J Phys. 13, (7), 075018 (2011).
  13. Wright, K., et al. Reliable transport through a microfabricated X-junction surface-electrode ion trap. New J Phys. 15, (3), 033004 (2013).
  14. Amini, J. M., et al. Toward scalable ion traps for quantum information processing. New J Phys. 12, (3), 033031 (2010).
  15. Sterling, R. C., et al. Fabrication and operation of a two-dimensional ion-trap lattice on a high-voltage microchip. Nat Commun. 5, (2014).
  16. Kumph, M., et al. Operation of a planar-electrode ion-trap array with adjustable RF electrodes. New J Phys. 18, (2), 023047 (2016).
  17. Mielenz, M., et al. Arrays of individually controlled ions suitable for two-dimensional quantum simulations. Nat Commun. 7, (2016).
  18. Stick, D., Hensinger, W. K., Olmschenk, S., Madsen, M. J., Schwab, K., Monroe, C. Ion trap in a semiconductor chip. Nat Phys. 2, (1), 36-39 (2006).
  19. Harty, T. P., et al. High-fidelity preparation, gates, memory, and readout of a trapped-ion quantum bit. Phys Rev Lett. 113, (22), 220501 (2014).
  20. Cho, D., Hong, S., Lee, M., Kim, T. A review of silicon microfabricated ion traps for quantum information processing. Micro Nano Sys Lett. 3, (1), 1-12 (2015).
  21. Weidt, S., et al. Trapped-ion quantum logic with global radiation fields. Phys Rev Lett. 117, (22), 220501 (2016).
  22. Monroe, C., Kim, J. Scaling the ion trap quantum processor. Science. 339, (6124), 1164-1169 (2013).
  23. Brown, K. R., Kim, J., Monroe, C. Co-designing a scalable quantum computer with trapped atomic ions. npj Quantum Inf. 2, 16034 (2016).
  24. Lekitsch, B., et al. Blueprint for a microwave trapped-ion quantum computer. Science Adv. 3, (2), e1601540 (2017).
  25. Reichel, J., Vuletic, V. Atom chips. John Wiley & Sons, Inc. Hoboken, New Jersey, USA. (2011).
  26. Ghosh, P. K. Ion Traps. ed, ,1st 1st ed, Oxford Science Publications. Oxford, UK. (1995).
  27. Wesenberg, J. H. Electrostatics of surface-electrode ion traps. Phys Rev A. 78, (6), 063410 (2008).
  28. House, M. G. Analytic model for electrostatic fields in surface-electrode ion traps. Phys Rev A. 78, (3), 033402 (2008).
  29. Hong, S., Lee, M., Cheon, H., Kim, T., Cho, D. I. Guidelines for Designing Surface Ion Traps Using the Boundary Element Method. Sensors. 16, (5), 616 (2016).
  30. Allcock, D. T. C., et al. Implementation of a symmetric surface-electrode ion trap with field compensation using a modulated Raman effect. New J Phys. 12, (5), 053026 (2010).
  31. Chiaverini, J., et al. Surface-electrode architecture for ion-trap quantum information processing. Quantum Inf Comput. 5, (6), 419-439 (2005).
  32. Allcock, D. T. C., et al. Heating rate and electrode charging measurements in a scalable, microfabricated, surface-electrode ion trap. Appl Phys B. 107, (4), 913-919 (2012).
  33. Stick, D., et al. Demonstration of a microfabricated surface electrode ion trap. Available from: https://arxiv.org/abs/1008.0990 (2010).
  34. Allcock, D. T. C., et al. Reduction of heating rate in a microfabricated ion trap by pulsed-laser cleaning. New J Phys. 13, (12), 123023 (2011).
  35. Mount, E., et al. Single qubit manipulation in a microfabricated surface electrode ion trap. New J Phys. 15, (9), 093018 (2013).
  36. Siverns, J. D., Simkins, L. R., Weidt, S., Hensinger, W. K. On the application of radio frequency voltages to ion traps via helical resonators. Appl Phys B. 107, (4), 921-934 (2012).
  37. Kleinert, M., Dahl, M. E. G., Bergeson, S. Measurement of the Yb I 1S0−1P1 transition frequency at 399 nm using an optical frequency comb. Phys Rev A. 94, (5), 052511 (2016).
  38. Olmschenk, S., Younge, K. C., Moehring, D. L., Matsukevich, D. N., Maunz, P., Monroe, C. Manipulation and detection of a trapped Yb+ hyperfine qubit. Phys Rev A. 76, (5), 052314 (2007).
  39. Sansonetti, J. E., Martin, W. C., Young, S. L. Handbook of Basic Atomic Spectroscopic Data. National Institute of Standards and Technology. Gaithersburg, MD, USA. version 1.1.3 (2013).
  40. Kern, W. Thin film processes II. 2nd ed, Academic Press. Cambridge, Massachusetts, USA. (2012).
  41. Streed, E. W., Weinhold, T. J., Kielpinski, D. Frequency stabilization of an ultraviolet laser to ions in a discharge. Appl Phys Lett. 93, (7), 071103 (2008).
Microfabricated सतह आयन जाल का उपयोग कर आयनों फँसाने के लिए प्रायोगिक तरीके
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Hong, S., Lee, M., Kwon, Y. D., Cho, D. i. "., Kim, T. Experimental Methods for Trapping Ions Using Microfabricated Surface Ion Traps. J. Vis. Exp. (126), e56060, doi:10.3791/56060 (2017).More

Hong, S., Lee, M., Kwon, Y. D., Cho, D. i. "., Kim, T. Experimental Methods for Trapping Ions Using Microfabricated Surface Ion Traps. J. Vis. Exp. (126), e56060, doi:10.3791/56060 (2017).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter