이 연구는 과학, 정보 통신의 정부에 의해 부분적으로 지원 하 고 미래 계획 (MSIP), 한국 정보 기술 연구 센터 (ITRC)에서 지원 프로그램 (IITP-2017-2015-0-00385)와 ICT R &#38; D 프로그램 (10043464, 개발의 정보에 대 한 연구소 주관 양자 중계기 기술 통신 시스템에 응용 프로그램에 대 한), &#38; 통신 기술 진흥 (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>

저자는 공개 없다.

이 문서는 트래핑 이온 ﹙ 표면 이온 트랩을 사용 하는 방법을 제시. 이온 트랩 시스템의 건설 다양 한 연구 분야에서 경험을 필요 하지만 이전 세부 사항에서 설명 하지 않는. 이 종이 microfabricating 처음으로 이온을 트래핑 하는 실험적인 체제 구축에 관해서는 뿐만 트랩 칩에 대 한 자세한 절차를 제공 합니다. 이 종이 또한 174Yb+ 이온을 트래핑 하 고 덫을 놓은 이온으로 실험에 대 한 자세한 절차를 제공 합니다.
제작 절차에 직면 하는 중요 한 장애물은 10 µ m의 두께 가진 유 전체 층의 증 착. 두꺼운 유 전체 층의 증 착 과정 중 잔류 응력 유 전체 필름에 손상을 일으킬 수 있는 하거나 심지어는 웨이퍼를 휴식, 구축할 수 있습니다. 일반적으로 압축은, 잔여 스트레스를 줄이기 위해 느린 증 착 속도 사용된40이어야 한다입니다. 우리의 경우 SiH4 가스 유량, 140 W의 RF 전원 및 1.9 Torr 압력에서 5 µ m 두께의 540 sccm의 증 착 조건 110.4 MPa의 압축 스트레스 측정 했다. 그러나, 이러한 프로세스 조건 이후 이러한 조건이 크게 다른 장비에 대 한 다를 수 있습니다만 거친 참조를 제공 합니다. 누적 된 스트레스의 영향을 줄이기 위해 3.5 µ m 두께 SiO2 영화 복선 제시 방법에 웨이퍼의 양쪽에 예금 되었다. 경우 작은 RF 전압 진폭 유 전체 층의 필요한 두께 줄일 수 있습니다 하 고 따라서 얕은 트랩 깊이 선택 됩니다. 그러나, 얕은 트랩 깊이 쉽게 리드 갇힌된 이온의도 주에 그래서 더 높은 RF 전압을 견딜 수 있는 두꺼운 유 전체 층의 제조 더 바람직합니다.
이 문서에 소개 된 제조 방법에는 몇 가지 제한이 있습니다. 그림 7 층에서처럼는 돌출부의 길이 완전히 갇힌된 이온에서 절연 측 벽을 숨기려고 충분 하지 않습니다. 또한, 산화물 기둥의 측 벽 들쭉날쭉한, 수직 산화물 기둥에 비해 절연 측 벽의 노출된 영역을 증가. 예를 들어 5 µ m의 균일 한 오버행 로드 슬롯 근처 내부 DC 레일의 측 벽의 경우 그것은 유 전체 표면의 33% 수직 측 벽의 덫을 놓은 이온 위치에 노출 되어 계산 됩니다. 들쭉날쭉한 가장자리 경우에서 측 벽 면적의 70% 이상 노출 됩니다. 이러한 비 이상적 제조 결과 노출된 유에서 추가 처진 분야를 일으킬 수 있지만 효과 양적 측정 하지는. 그럼에도 불구 하 고, 위의 보고 조작된 칩은 이온 트랩 및 큐 비트 조작 실험에 성공적으로 사용 되었습니다. 또한,이 문서에 소개 된 트랩 칩 로드 슬롯 근처 실리콘 측 벽을 노출 했다. 네이티브 산화 실리콘 표면에 성장할 수 있고 추가 처진 분야에서 발생할 수 있습니다. 따라서,33처럼도 색 되지 않은 금속 레이어 추가 실리콘 기판 보호 하는 것이 좋습니다.
174Yb+ 이온 함정, 몇 수십 MHz, 내 레이저의 주파수를 안정화 하 고 몇 가지 다른 방법에 대해서는 고급 설정38,41에서 설명. 그러나,이 문서에서 설명 하는 간단한 설치 프로그램에 대 한 초기 트래핑은 안정화 파장 미터를 사용 하 여 함께.
이 종이 174Yb+ 이온 ﹙ 표면 이온 트랩 칩을 사용 하 여 트랩 프로토콜을 제공 합니다. 171Yb+ 이온을 트래핑에 대 한 프로토콜은 구체적으로 설명 하지, 하지만이 문서에 설명 된 실험 설정 또한 사용할 수 있습니다 171Yb+ 이온을 트래핑 하 고 171의 큐 비트 상태를 조작 하 Yb+ 이온 결과 얻기 위해 Rabi 진동 ( 그림 10에 표시 된). 이 레이저의 출력에 여러 광학 변조기를 추가 하 여 및 보충 문서에 설명 된 대로 전자 레인지 설치를 사용 하 여 수행할 수 있습니다.
결론적으로, 실험 방법 및 결과이 문서에 소개 된 표면 이온 트랩을 사용 하 여 다양 한 양자 정보 응용 프로그램 개발에 사용할 수 있습니다.

폴 트랩 입자, 정적 전기 필드와 라디오 주파수 (RF), 진동 하는 다양 한 전기 분야의 조합을 사용 하 여 빈 공간에 이온을 포함 한 제한 수 및 함정에 이온의 양자 상태를 측정할 수 있다 고 1,2,3제어. 이러한 이온 트랩 광 시계 및 질량 분광학4,,56을 포함 하 여 정확한 측정 어플리케이션에 대 한 원래 개발 되었다. 최근 몇 년 동안, 이러한 이온 함정 또한 적극적으로 탐험 되어으로 양자 정보 처리를 구현 하는 실제 플랫폼 일관성 시간 오래 같은 덫을 놓은 이온의 바람직한 특성에는 초고에 이상적인 절연 진공 (UHV) 환경, 그리고 개별 큐 비트 조작7,8,,910의 타당성. Kielpinski 외이후. 11 양자 컴퓨터, 표면 트랩, 접합 트랩12,13, 2 차원 배열, 다중 영역 트랩 칩14, 등의 다양 한 종류를 개발 하는 데 사용할 수 있는 확장 가능한 이온 트랩 아키텍처 제안 트랩15,,1617, 반도체 프로세스 파생 제작 방법18,19,20,21 사용 하 여 개발 되었습니다. . 대규모 양자 정보 처리 시스템은 표면에 따라 함정도 있다22,,2324논의.
이 종이 ﹙ 표면 이온 트랩을 사용 하 여 트래핑 이온에 대 한 실험 방법을 제공 합니다. 좀 더 구체적으로, 날조 표면 이온 트랩 및 트랩 이온 조작된 트랩을 사용 하 여에 대 한 자세한 절차에 대 한 프로시저를 설명 합니다. 또한, 실험 시스템을 설정 하 고 이온을 트래핑에 대 한 다양 한 실용적인 기술에 대 한 자세한 설명은 보충 문서에 제공 됩니다.
Microfabricating에 대 한 방법론 표면 이온 트랩 1 단계에서 제공 됩니다. 그림 1 표면 이온 트랩의 단순화 된 회로도 보여준다. 가로 평면에서 전극에 적용 된 전압에 의해 생성 된 전기 분야는25도 표시 됩니다. 동안 다른 모든 전극 RF 접지;에 RF 전압 RF 전극의 쌍에 적용 됩니다. ponderomotive 잠재적인26 RF 전압에 의해 생성 된 이온 반지름 방향 제한 합니다. 여러 DC 전극 RF 전극 외부에 적용 되는 직류 (DC) 전압 한정 경도 방향으로 이온. RF 전극 사이 내부 레일 가로 평면에서 총 잠재력의 주요한 도끼를 기울 수 있도록 설계 되었습니다. DC 전압 세트를 디자인 하기 위한 방법론은 보충 문서에 포함 됩니다. 또한, 표면 이온 트랩 칩의 필수적인 형상 매개 변수 설계에 대 한 자세한 내용은27,,2829,,3031에서 찾을 수 있습니다.
1 단계에서 도입 된 제조 방법은 다음과 같은 측면을 고려 하 고 설계 되었습니다. 첫째, 전극 층 및 지상 층 사이의 유 전체 레이어 레이어 간에 전기 분해를 방지 하기 위해 충분히 두꺼운 되어야 합니다. 일반적으로, 두께 10µm 이상 되어야 합니다. 두꺼운 유 전체 층의 증 착 동안 예금 된 영화에서 잔류 응력 기판 또는 손상 예금 된 영화에의 굴복을 발생할 수 있습니다. 따라서, 잔류 응력 제어 표면 이온 트랩의 제조에 핵심 기술 중 하나 이다. 둘째, 길 잃은 요금 흩어져 자외선 (UV) 레이저, 이온의 임의의 변화에 차례 결과에 위치 하 여 유 전체에 유도 될 수 있다 때문에 이온 위치로 유 전체 표면에의 노출을 최소화 한다. 오버행 전극 구조를 설계 하 여 노출된 영역을 줄일 수 있습니다. 그것은 그 일반적인 실험 조건32에서 충전 저항 전극 돌출부와 이온 함정을 표면으로 알려졌다. 셋째, 다양 한 예금 된 영화를 포함 하 여 모든 자료, 약 2 주 동안 제빵 200 ° C를 견딜 수 있어야 하 고 모든 자료에서 가스 방출의 양을 UHV 환경와 호환 되어야 합니다. 이 종이 표면 이온 트랩 칩 ﹙의 디자인은33, 다양 한 실험32,,3334, 에서 성공적으로 사용 되었다에서 트랩 디자인 기반 35.이 디자인에 가운데는 칩 슬롯 포함 나중은 중립 원자 로드 사진-이온 트랩에 대 한 참고.
이온 트랩 칩 제작 후 칩 탑재 하 고 전기 골드 본딩 와이어를 사용 하 여 칩 캐리어에 연결. 칩 캐리어 UHV 챔버에 설치 합니다. 트랩 칩 패키지 및 UHV 챔버의 설계를 준비 하기 위한 상세한 절차는 추가 문서에 제공 됩니다.
트래핑 이온에 대 한 광학 및 전기 장비, 실험 절차의 준비 단계 2에서에서 자세히 설명 합니다. 잠재적인 ponderomotive에 의해 갇혀 이온은 지속적으로 이온의 평균 운동 에너지 증가 주변의 전기장의 변동에 따라 일반적으로. 레이저 도플러 이동에 따라 냉각 이온의 움직임에서 과잉 에너지를 제거 하려면 사용할 수 있습니다. 그림 2 는 174Yb+ 이온 그리고 중립 174Yb 원자의 단순화 된 에너지 수준 다이어그램을 보여 줍니다. 174Yb+ 이온의 도플러 냉각 369.5 nm 레이저 및 935-nm 레이저 사진-중립 174Yb 원자의 이온화 399-nm 레이저를 필요로 하는 동안 필요 합니다. 2.2 및 2.3 단계 이러한 레이저 표면 이온 트랩 칩 및 사진-이온화에 대 한 적절 한 조건을 찾을 수 절차를 정렬 하는 효율적인 방법을 설명 합니다. 광학 및 전기 부품, 준비 후 이온을 트래핑 하는 것은 비교적 간단 합니다. 트래핑 이온에 대 한 실험 순서는 단계 2.4에서에서 제공 됩니다.

<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

이온은 사중 극 자 폴 함정에에서 갇혀 있다 양자 정보 처리를 구현 하는 강한 물리적 후보 중 하나 간주 되었습니다. 이것은 그들의 긴 일관성 시간 및 그들의 기능을 조작 하 고 개별 양자 비트 (qubits)를 감지입니다. 더 최근 몇 년 동안, ﹙ 표면 이온 트랩 대규모 통합된 큐 비트 플랫폼에 대 한 더 많은 관심을 받았습니다. 이 문서에서는 마이크로 전자 기계 시스템 (MEMS) 기술을 사용 하 여 이온 트랩에 대 한 제작 방법론 설명, 14 µ m 두께 유 전체 층과 금속 제조 방법 등 구조 유 전체 층 위에 돌출. 또한,이 터 븀 (Yb)의 이온 동위 원소 174 (174Yb+) 369.5를 사용 하 여 트래핑에 대 한 실험 절차 nm, 399 nm, 935 nm 다이오드 레이저 설명 됩니다. 이러한 방법론 및 절차 참여 많은 과학 및 엔지니어링 분야, 그리고이 종이 먼저 자세한 실험 절차를 제공 합니다. 이 문서에서 설명한 메서드 동위 원소 171 (171Yb+)의 Yb 이온의 트래핑 및 qubits의 조작에 쉽게 확장할 수 있습니다.

그림 7 조작된 이온 트랩 칩의 스캐닝 전자 현미경 (SEM)을 보여준다. RF 전극, 내부 DC 전극, 외부 DC 전극, 및 로딩 슬롯 성공적으로 조작 했다. 유 전체 기둥의 sidewall 프로필 PECVD 산화물은 여러 단계에서 예금 되었다 때문에 들쭉날쭉한 되었다. 여러 증 착 단계 두꺼운 산화물 필름에서 잔류 응력의 영향을 최소화 하기 위해 사용 되었다. 이 토론에 설명 추가 합니다.

그림 8 ﹙ 이온 트랩 칩을 사용 하 여 갇혀 5 174Yb+ 이온의 EMCCD 이미지를 보여 줍니다. 덫을 놓은 이온 냉각 연속 도플러와 24 시간 이상 지난 수 있습니다. 덫을 놓은 이온 수 1과 20 사이의 적용된 DC 전압 설정 변경 하 여 조정할 수 있습니다. 이 실험적인 체제 매우 안정적이 고 강력한 이며 현재 50 개월 동안 운영 하고있다.
그림 9 축 방향 따라 갇힌된 이온 였죠 보여줍니다. 그림 9b 에서 이온 위치는 전치에서 그림 9a 에 DC 잠재적인 최소의 위치 조정을 통해 DC 전압을 변경 하 여.
그림 10 은 171Yb+ 이온 Rabi 진동 실험의 예비 결과 보여줍니다. 결과 얻으려면 보충 문서 에서 설명 하는 추가 설정은 사용 했다. 결과이 문서에서 설명 하는 실험적인 체제의 잠재적인 응용 프로그램 표시를 포함 했다.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56060/56060fig1.jpg"> 
그림 1: 표면 이온 트랩의 도식. (한) 빨간 점 덫을 놓은 이온을 나타냅니다. 갈색과 노란색 전극 RF와 DC 전극, 각각 나타냅니다. 회색 화살표 RF 전압의 긍정적인 단계 중 전기 분야의 방향으로 표시합니다. 회로도 그릴 없는 참고 규모. (b) 수직 전극 구조의 치수. (c)는 옆 전극 구조의 치수. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56060/56060fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56060/56060fig2.jpg"> 
그림 2: 174Yb+ 이온 그리고 중립 174Yb 원자의 에너지 레벨 다이어그램 단순화. (한) 경우는 369.5 nm 레이저 공명의 빨간 측면 (낮은 주파수)에 detuned, 자전거 전환 2P1/2 및 2S1/2 는 도플러 때문에 이온의 운동 에너지 감소 효과입니다. 때때로, 작지만 유한 분기 비율 2D3/2, 2P1/2 에서 전자 부패 하 게 하 고 935-nm 레이저 전자 주요 자전거 전환 다시 반환 하는 데 필요한. 전자 평균, 한 번 시간당, 2F7/2 상태로 부패 또한 수 638 nm 레이저 2F7/2 상태 펌프 수 있습니다 하지만이 간단한 시스템38에 대 한 필요 하지 않습니다. Ket 표기법의 값 양자화 축 mJ따라 총 각 결합체 J 의 계획을 나타냅니다. (b) 오븐, 2 광자 흡수 과정에서에서 증발 하는 중립 원자를 이온화 하는 사용된39. 399 nm 레이저 1P1 상태로 전자 흥분 그리고 도플러 냉각 369.5 nm 광자는 이온에서 흥분된 전자를 제거 하는 데 필요한 것 보다 더 많은 에너지를 했다. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56060/56060fig2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56060/56060fig3.jpg"> 
그림 3: 제조 프로세스 흐름 표면 이온 트랩의. 성장 하는 5000 Å 두께 SiO2 층 고 2000 Å 두께 Si3N4 계층의 LPCVD (는) 열 산화. 1.5 µ m 두께의 (b) 증 착 및 ICP 에칭 알 레이어 스퍼터 링. (c)는 14의 PECVD 프로세스를 사용 하 여 웨이퍼의 양쪽에서 µ m 두께 SiO2 층. (d) 리에 과정 (e)를 사용 하 여 웨이퍼의 앞에 14 µ m 두께 SiO2 층의 패턴 14 µ m 두께 SiO2 층의 패터 닝 리에 프로세스를 사용 하 여 웨이퍼의 뒷면에 입금. (f) 1.5의 µ m 두께 알 레이어 및 1 µ m 두께 PECVD SiO2 층을 스퍼터 링. (g)는 1.5 µ m 두께 알 ICP 과정을 사용 하 여 레이어와 리에 사용 하 여 1 µ m 두께 SiO2 층의 패터 닝 과정. (h) 14 µ m 두께 SiO2 층의 패터 닝 리에 프로세스를 사용 하 여 웨이퍼의 앞면에 입금. (나) 5000 Å 두께 SiO2 층과는 리에 사용 하 여 2000 Å 두께 Si3N4 레이어 패터 닝 과정. (j) 실리콘 기판 450의 DRIE는 웨이퍼의 뒷면에서 µ m. (k) 알 전극 및 유 전체 기둥의 측 벽에 SiO2 층의 습식 에칭. (l) DRIE 과정을 통해 앞에서 실리콘 기판의 침투. 설계도 그려집니다 하지 참고 규모. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56060/56060fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56060/56060fig4.jpg"> 
그림 4: 이온 함정 사용 설정 하는 DC 전압의 예. 내부 레일에 적용 된 전압 가로 평면에서 총 잠재력의 주 축 기울기를 수평 방향으로 비대칭 전기 분야 보정할 수 있습니다. 전압 설정에 의해 생성 된 축방향 함정 주파수 550 kHz 이었다. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56060/56060fig4large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
ether.within-페이지 = "1" ><img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56060/56060fig5v2.jpg"> 
그림 5: 광학 설치의 도식. 3 개의 다이오드 레이저 트랩 위치에 겹치게 정렬 됩니다. UHV 챔버의 recessed 뷰포트 수 배치 이미징 렌즈 표면 칩에 최대한 가까이. 플립 미러 이미징 렌즈와는 EMCCD 사이 배치 곱한 광자 관 (PMT)를 사용 하 여 이온 형광의 선택적 모니터링에 대 한 허용 또는 EMCCD. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56060/56060fig5v2large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56060/56060fig6.jpg"> 
그림 6: 이미지 생성 된 광학 설치의. (한) A 코일이 터 븀 이온의 타락 한 에너지 레벨을 깰 수 있는 자기장을 생성 하는 챔버의 전면 뷰포트 주위 상처는. (b)는 399 조 타를 위한 광학 설치 및 935 nm 광속. 빨간색과 녹색 라인 표시는 935의 빔 경로 및 399 nm 레이저, 각각. 플립 미러, 이미징 렌즈, EMCCD, 그리고는 PMT.를 포함 하 여 (c)는 영상의 구성 시스템 플립-거울에 의해 덫을 놓은 이온에서 방출 하는 형광의 경로 확인할 수 있습니다. 녹색과 흰색 화살표는 각각 모니터링 하는 EMCCD 및 PMT 때 형광의 경로 나타냅니다. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56060/56060fig6large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 7" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56060/56060fig7.jpg"> 
그림 7: 표면 이온 트랩의 제조 결과. (한) 칩 레이아웃의 개요. (b) 칩 레이아웃을 보여주는 여러 외부 DC 전극의 확대 보기. (c) 칩 레이아웃을 보여주는 로드 슬롯의 확대 보기. (d)는 횡단면 로드 슬롯을 관통 하기 전에 트래핑 지역 보기 (e)는 횡단면 로드 슬롯 관통 후 트래핑 지역 보기 (f) A의 산화물 기둥 단면 보기 확대. 산화물 기둥 벽, 가변 있다 그리고 오버행의 길이 충분 한는 별도로 입금된 3.5 µ m 두께 SiO2 레이어 사이의 인터페이스에 SiO2 의 비균일 etch 속도에 따라 결정 됩니다. (g) A의 DC 전극 와이어 본딩 패드의 최고 볼 수 있습니다. (h) A의 횡단면 뷰를 통해. 산화물 기둥의 경사 프로필 작성 대신 산화 기둥의 측 벽에 알 층의 증 착 하는 동안 DC 전극과 접지 층의 연결에 대 한 허용은 구멍을 전기 도금 프로세스를 통해. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56060/56060fig7large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 8" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56060/56060fig8.jpg"> 
그림 8: 5 174Yb+ 이온에의 한 EMCCD 이미지 ﹙ 이온 트랩 칩에 갇혀. 그리고 표면 트랩 전극 구조의 이미지, 별도로 찍은 덫을 놓은 이온의 고 전극의 이미지 선명도 위한 결합 했다. 강도 범례 상자에서 픽셀에만 적용 됩니다. 두꺼운 화살표 보여줍니다 369.5 nm 레이저의 빔 경로 및 얇은 화살표는 광자의 운동량 x 그리고 z 컴포넌트를 나타냅니다. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56060/56060fig8large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 9" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56060/56060fig9.jpg"> 
그림 9: 선형 사슬에 갇힌된 이온의 축 잠재력의 조정. (한) 7 이온 트랩의 센터에서. (b) 이온 마이크로미터 shuttled 수만 했다. (c) 이온 문자열 축 방향으로 압착. 이 그림은 별도로 업로드 되는 동영상으로 잘 전망 된다. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56060/56060fig9large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
<img alt="Figure 10" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/56060/56060fig10.jpg"> 
그림 10: 사이 Rabi 진동의 실험 결과 | 0 <img alt="Image 1" src="/files/ftp_upload/56060/56060img1.jpg"> </img> 및 | 1 <img alt="Image 1" src="/files/ftp_upload/56060/56060img1.jpg"> </img> 상태. | 0<img alt="Image 1" src="/files/ftp_upload/56060/56060img1.jpg"> </img> 2S1/2로 정의 됩니다 | F = 0, mF= 0<img alt="Image 1" src="/files/ftp_upload/56060/56060img1.jpg"> </img> 171Yb+ 이온의 상태 및 | 1<img alt="Image 1" src="/files/ftp_upload/56060/56060img1.jpg"> </img> 2S1/2로 정의 됩니다 | F = 1, mF= 0<img alt="Image 1" src="/files/ftp_upload/56060/56060img1.jpg"> </img> 상태. Rabi 진동 12.6428 g h z의 마이크로파에 의해 유도 된다. 작 위의 블로흐 분야는 서로 다른 시간에 해당 양자 상태를 보여줍니다. <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56060/56060fig10large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.</a>
보조 문서: <a href="//ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/56060/jove-56060_Supplementary_Document.pdf" target="_blank">이 문서를 다운로드 하려면 여기를 클릭 하십시오.</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

이 문서는 방 온도 환경에서 트랩이 터 븀 이온에 대 한 상세한 실험 절차로 서 표면 이온 트랩에 대 한 제작 방법론을 선물 한다.

﹙을 사용 하 여 이온을 트래핑에 대 한 실험 방법 표면 이온 트랩

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

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

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Engineering

13.4K 조회수.  Seoul National University. 이 문서는 방 온도 환경에서 트랩이 터 븀 이온에 대 한 상세한 실험 절차로 서 표면 이온 트랩에 대 한 제작 방법론을 선물 한다.

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

Optical Trapping of Nanoparticles

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

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

나노 입자의 광학 트래핑

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 ...

연구

공학

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

In materials science and engineering it is often necessary to obtain quantitative measurements of surface topography with micrometer lateral resolution. From the measured surface, 3D topographic maps can be subsequently analyzed using a variety of software packages to extract the information that is needed.
In this article we describe how white light interferometry, and optical profilometry (OP) in general, combined with generic surface analysis software, can be used for materials science and engineering tasks. In this article, a number of applications of white light interferometry for investigation of surface modifications in mass spectrometry, and wear phenomena in tribology and lubrication are demonstrated. We characterize the products of the interaction of semiconductors and metals with energetic ions (sputtering), and laser irradiation (ablation), as well as ex situ measurements of wear of tribological test specimens.
Specifically, we will discuss:
<ol class="lroman">
	<li>Aspects of traditional ion sputtering-based mass spectrometry such as sputtering rates/yields measurements on Si and Cu and subsequent time-to-depth conversion.</li>
	<li>Results of quantitative characterization of the interaction of femtosecond laser irradiation with a semiconductor surface. These results are important for applications such as ablation mass spectrometry, where the quantities of evaporated material can be studied and controlled via pulse duration and energy per pulse. Thus, by determining the crater geometry one can define depth and lateral resolution versus experimental setup conditions.</li>
	<li>Measurements of surface roughness parameters in two dimensions, and quantitative measurements of the surface wear that occur as a result of friction and wear tests.</li>
</ol>
Some inherent drawbacks, possible artifacts, and uncertainty assessments of the white light interferometry approach will be discussed and explained.

White light microscope interferometry is an optical, noncontact and quick method for measuring the topography of surfaces. It is shown how the method can be applied toward mechanical wear analysis, where wear scars on tribological test samples are analyzed; and in materials science to determine ion beam sputtering or laser ablation volumes and depths.

이온 스퍼터링에 응용 프로그램, 레이저 절제하고, Tribology 실험 : 화이트 빛 간섭 측정법에 의한 표면 수정의 특성

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

Intercalation compounds such as transition metal oxides or phosphates are the most commonly used electrode materials in Li-ion and Na-ion batteries. During insertion or removal of alkali metal ions, the redox states of transition metals in the compounds change and structural transformations such as phase transitions and/or lattice parameter increases or decreases occur. These behaviors in turn determine important characteristics of the batteries such as the potential profiles, rate capabilities, and cycle lives. The extremely bright and tunable x-rays produced by synchrotron radiation allow rapid acquisition of high-resolution data that provide information about these processes. Transformations in the bulk materials, such as phase transitions, can be directly observed using X-ray diffraction (XRD), while X-ray absorption spectroscopy (XAS) gives information about the local electronic and geometric structures (e.g.&#160;changes in redox states and bond lengths). In situ experiments carried out on operating cells are particularly useful because they allow direct correlation between the electrochemical and structural properties of the materials. These experiments are time-consuming and can be challenging to design due to the reactivity and air-sensitivity of the alkali metal anodes used in the half-cell configurations, and/or the possibility of signal interference from other cell components and hardware. For these reasons, it is appropriate to carry out ex situ experiments (e.g.&#160;on electrodes harvested from partially charged or cycled cells) in some cases. Here, we present detailed protocols for the preparation of both ex situ and in situ samples for experiments involving synchrotron radiation and demonstrate how these experiments are done.

We describe the use of synchrotron X-ray absorption spectroscopy (XAS) and X-ray diffraction (XRD) techniques to probe details of intercalation/deintercalation processes in electrode materials for Li-ion and Na-ion batteries. Both in situ and ex situ experiments are used to understand structural behavior relevant to the operation of devices

방사광 기술을 사용하여 리튬 이온과 나트륨 이온 배터리 용 전극 재료의 특성

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

Li-ion batteries are widely used in portable electronic devices and are considered as promising candidates for higher-energy applications such as electric vehicles.1,2 However, many challenges, such as energy density and battery lifetimes, need to be overcome before this particular battery technology can be widely implemented in such applications.3 This research is challenging, and we outline a method to address these challenges using in situ NPD to probe the crystal structure of electrodes undergoing electrochemical cycling (charge/discharge) in a battery. NPD data help determine the underlying structural mechanism responsible for a range of electrode properties, and this information can direct the development of better electrodes and batteries.
We briefly review six types of battery designs custom-made for NPD experiments and detail the method to construct the &#8216;roll-over&#8217; cell that we have successfully used on the high-intensity NPD instrument, WOMBAT, at the Australian Nuclear Science and Technology Organisation (ANSTO). The design considerations and materials used for cell construction are discussed in conjunction with aspects of the actual in situ NPD experiment and initial directions are presented on how to analyze such complex in situ data.

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

We describe the design and construction of an electrochemical cell for the examination of electrode materials using in situ neutron powder diffraction (NPD). We briefly comment on alternate in situ NPD cell designs and discuss methods for the analysis of the corresponding in situ NPD data produced using this cell.

제자리 중성자 분말 회절에서 사용자 정의 - 만든 리튬 이온 배터리를 사용하여

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

Fabrication and characterization of conjugate nano-biological systems interfacing metallic nanostructures on solid supports with immobilized biomolecules is reported. The entire sequence of relevant experimental steps is described, involving the fabrication of nanostructured substrates using electron beam lithography, immobilization of biomolecules on the substrates, and their characterization utilizing surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS). Three different designs of nano-biological systems are employed, including protein A, glucose binding protein, and a dopamine binding DNA aptamer. In the latter two cases, the binding of respective ligands, D-glucose and dopamine, is also included. The three kinds of biomolecules are immobilized on nanostructured substrates by different methods, and the results of SERS imaging are reported. The capabilities of SERS to detect vibrational modes from surface-immobilized proteins, as well as to capture the protein-ligand and aptamer-ligand binding are demonstrated. The results also illustrate the influence of the surface nanostructure geometry, biomolecules immobilization strategy, Raman activity of the molecules and presence or absence of the ligand binding on the SERS spectra acquired.

We describe the fabrication and characterization of nano-biological systems interfacing nanostructured substrates with immobilized proteins and aptamers. The relevant experimental steps involving lithographic fabrication of nanostructured substrates, bio-functionalization, and surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) characterization, are reported. SERS detection of surface-immobilized proteins, and probing of protein-ligand and aptamer-ligand binding is demonstrated.

표면 EBL 날조 된 나노 구조 기판을 사용하여 생체 분자의 라만 분광학 감지 강화

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

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 potentially contribute to the exposure of biota and humans. The diffusive gradients in thin films technique is introduced here for in-situ measurements of Pu bioavailability and speciation. A diffusion cell constructed for laboratory experiments with Pu and the newly developed protocol make it possible to simulate the environmental behavior of Pu in model solutions of various chemical compositions. Adjustment of the oxidation states to Pu(IV) and Pu(V) described in this protocol is essential in order to investigate the complex redox chemistry of plutonium in the environment. The calibration of this technique and the results obtained in the laboratory experiments enable to develop a specific DGT device for in-situ Pu measurements in freshwaters. Accelerator-based mass-spectrometry measurements of Pu accumulated by DGTs in a karst spring allowed determining the bioavailability of Pu in a mineral freshwater environment. Application of this protocol for Pu measurements using DGT devices has a large potential to improve our understanding of the speciation and the biological transfer of Pu in aquatic ecosystems.

The technique of diffusive gradients in thin films (DGT) is proposed for speciation studies of plutonium. This protocol describes diffusion experiments probing the behavior of Pu(IV) and Pu(V) in presence of organic matter. DGTs deployed in a karstic spring allow assessment of the bioavailability of Pu.

박막의 확산을 사용하여 환경 플루토늄의 분화 및 생체 이용률 측정

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

Novel electronic materials are often produced for the first time by synthesis processes that yield bulk crystals (in contrast to single crystal thin film synthesis) for the purpose of exploratory materials research. Certain materials pose a challenge wherein the traditional bulk Hall bar device fabrication method is insufficient to produce a measureable device for sample transport measurement, principally because the single crystal size is too small to attach wire leads to the sample in a Hall bar configuration. This can be, for example, because the first batch of a new material synthesized yields very small single crystals or because flakes of samples of one to very few monolayers are desired. In order to enable rapid characterization of materials that may be carried out in parallel with improvements to their growth methodology, a method of device fabrication for very small samples has been devised to permit the characterization of novel materials as soon as a preliminary batch has been produced. A slight variation of this methodology is applicable to producing devices using exfoliated samples of two-dimensional materials such as graphene, hexagonal boron nitride (hBN), and transition metal dichalcogenides (TMDs), as well as multilayer heterostructures of such materials. Here we present detailed protocols for the experimental device fabrication of fragments and flakes of novel materials with micron-sized dimensions onto substrate and subsequent measurement in a commercial superconducting magnet, dry helium close-cycle cryostat magnetotransport system at temperatures down to 0.300 K and magnetic fields up to 12 T.

We describe the methodology of mechanical exfoliation and deposition of flakes of novel materials with micron-sized dimensions onto substrate, fabrication of experimental device structures for transport experimentation, and the magnetotransport measurement in a dry helium close-cycle cryostat at temperatures down to 0.300 K and magnetic fields up to 12 T.

소설 재료의 저온 Magnetotransport 측정을위한 고급 실험 방법

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

Shape Memory Alloys (SMA) using elastocaloric cooling processes have the potential to be an environmentally friendly alternative to the conventional vapor compression based cooling process. Nickel-Titanium (Ni-Ti) based alloy systems, especially, show large elastocaloric effects. Furthermore, exhibit large latent heats which is a necessary material property for the development of an efficient solid-state based cooling process. A scientific test rig has been designed to investigate these processes and the elastocaloric effects in SMAs. The realized test rig enables independent control of an SMA&#39;s mechanical loading and unloading cycles, as well as conductive heat transfer between SMA cooling elements and a heat source/sink. The test rig is equipped with a comprehensive monitoring system capable of synchronized measurements of mechanical and thermal parameters. In addition to determining the process-dependent mechanical work, the system also enables measurement of thermal caloric aspects of the elastocaloric cooling effect through use of a high-performance infrared camera. This combination is of particular interest, because it allows illustrations of localization and rate effects &#8212; both important for efficient heat transfer from the medium to be cooled.
The work presented describes an experimental method to identify elastocaloric material properties in different materials and sample geometries. Furthermore, the test rig is used to investigate different cooling process variations. The introduced analysis methods enable a differentiated consideration of material, process and related boundary condition influences on the process efficiency. The comparison of the experimental data with the simulation results (of a thermomechanically coupled finite element model) allows for better understanding of the underlying physics of the elastocaloric effect. In addition, the experimental results, as well as the findings based on the simulation results, are used to improve the material properties.

Experimental methods for investigation of solid state cooling processes and characterization of elastocaloric material properties of Shape Memory Alloys (SMA) are presented. A custom-built test rig has been designed for controlling and comprehensive monitoring of elastocaloric cooling processes. Furthermore, it provides a validation platform for thermomechanically coupled modeling approaches.

형상 기억의 조사를 기반으로 Elastocaloric 냉각 프로세스 및 모델 검증을위한 실험 방법

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

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 for future high-speed reentry missions. But despite the advancements made since Apollo, heat flux prediction remains an imperfect science and engineers resort to safety factors to determine the TPS thickness. This goes at the expense of embarked payload, hampering, for example, sample return missions. 
Ground testing in plasma wind-tunnels is currently the only affordable possibility for both material qualification and validation of material response codes. The subsonic 1.2MW Inductively Coupled Plasmatron facility at the von Karman Institute for Fluid Dynamics is able to reproduce a wide range of reentry environments. This protocol describes a procedure for the study of the gas/surface interaction on ablative materials in high enthalpy flows and presents sample results of a non-pyrolyzing, ablating carbon fiber precursor. With this publication, the authors envisage the definition of a standard procedure, facilitating comparison with other laboratories and contributing to ongoing efforts to improve heat shield reliability and reduce design uncertainties.
The described core techniques are non-intrusive methods to track the material recession with a high-speed camera along with the chemistry in the reactive boundary layer, probed by emission spectroscopy. Although optical emission spectroscopy is limited to line-of-sight measurements and is further constrained to electronically excited atoms and molecules, its simplicity and broad applicability still make it the technique of choice for analysis of the reactive boundary layer. Recession of the ablating sample further requires that the distance of the measurement location with respect to the surface is known at all times during the experiment. Calibration of the optical system of the applied three spectrometers allowed quantitative comparison. At the fiber scale, results from a post-test microscopy analysis are presented.

Development of new ablative materials and their numerical modeling requires extensive experimental investigation. This protocol describes procedures for material response characterization in plasma flows with the core techniques being non-intrusive methods to track the material recession along with the chemistry in the reactive boundary layer by emission spectroscopy.

Plasmatron에서 절제 재료 시험 중에 방출 분광 경계 계층 조사

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

The presented method is used to locate subsurface defects oriented perpendicularly to the surface. To achieve this, we create destructively interfering thermal wave fields that are disturbed by the defect. This effect is measured and used to locate the defect. We form the destructively interfering wave fields by using a modified projector. The original light engine of the projector is replaced with a fiber-coupled high-power diode laser. Its beam is shaped and aligned to the projector&#39;s spatial light modulator and optimized for optimal optical throughput and homogeneous projection by first characterizing the beam profile, and, second, correcting it mechanically and numerically. A high-performance infrared (IR) camera is set up according to the tight geometrical situation (including corrections of the geometrical image distortions) and the requirement to detect weak temperature oscillations at the sample surface. Data acquisition can be performed once a synchronization between the individual thermal wave field sources, the scanning stage, and the IR camera is established by using a dedicated experimental setup which needs to be tuned to the specific material being investigated. During data post-processing, the relevant information on the presence of a defect below the surface of the sample is extracted. It is retrieved from the oscillating part of the acquired thermal radiation coming from the so-called depletion line of the sample surface. The exact location of the defect is deduced from the analysis of the spatial-temporal shape of these oscillations in a final step. The method is reference-free and very sensitive to changes within the thermal wave field. So far, the method has been tested with steel samples but is applicable to different materials as well, in particular to temperature sensitive materials.

This method aims at locating vertical subsurface defects. Here, we couple a laser with a spatial light modulator and trigger its video input to heat a sample surface deterministically with two anti-phased modulated lines while acquiring highly resolved thermal images. The defect position is retrieved from evaluating thermal wave interference minima.

레이저 조사 형 광열 열 분석을 이용한 구조 가열에 의한 지층 결함 국산화

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