一种基于铋纳米线量子比特的弱磁场探测器的设计方法技术

本发明专利技术提供了一种基于铋纳米线量子比特的弱磁场探测器的设计方法，包括以下步骤：分辨出样品上[111]方向的铋纳米线；标记铋纳米线的精确位置，在纳米线两端设计出电极的图案；在电子光刻胶上写出超导电极的图案，显影后将会在光刻胶上出现电极的图形；在样品表面镀一层一百到九百纳米的超导薄膜，剥离完成后就形成SNS型约瑟夫森结；样品制备完成并压焊后，把样品封装到样品盒内；将纳米结型磁场探测器和和一个远大于其阻值的电阻串联起来，调节纳米结上的电流；测量铋纳米结的临界电流随时间或者空间变化，计算后还原出三维空间中的弱磁场分布。本发明专利技术通过改变纳米结的半径和长度，可以改变纳米结磁场探测器的灵敏度以及对磁噪声免疫能力。磁噪声免疫能力。磁噪声免疫能力。

【技术实现步骤摘要】
一种基于铋纳米线量子比特的弱磁场探测器的设计方法


[0001]本专利技术涉及一种基于铋纳米线量子比特的弱磁场探测器的设计方法，属于超导量子器件、弱磁场探测器、拓扑绝缘体


技术介绍

[0002]超导量子干涉仪对于磁场极为敏感，已经被广泛用来进行弱磁场的高精度探测。根据实验测量结果，宇宙微波背景辐射的温度大约2.73K。整个宇宙的平均温度相当于
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270.42摄氏度， 这个温度已经低于很多超导材料的临界温度。因此在宇宙探测中，超导量子器件的优势能够充分发挥出来。
[0003]目前实验室制备超导量子干涉仪（dc
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SQUID）的超导环路通常在同一个平面内，只能测量垂直于样品表面方向的磁场。近年来有实验组在极细尖头上镀一层铅膜形成三个约瑟夫森结双环路的“超导量子干涉仪”。因为两个超导环路处于在不同的平面内，因此可以用来对空间的三维磁场进行扫描。但是这种基于铅的超导量子器件即便保存在高真空腔内，寿命也只有几周。目前急需一种灵敏度高对磁场噪声免疫能力强的弱磁场探测器。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的是提供了一种基于铋纳米线量子比特的弱磁场探测器的设计方法，改变纳米结磁场探测器的灵敏度以及提高了对磁噪声免疫能力。
[0005]本专利技术为实现上述目的，通过以下技术方案实现：一种基于铋纳米线量子比特的弱磁场探测器的设计方法，包括以下步骤：1）分辨出样品上[111]方向的铋纳米线；2）在显微镜或者扫描电镜下标记铋纳米线的精确位置，然后利用版图设计软件在纳米线两端设计出电极的图案；3）利用电子束曝光机器在电子光刻胶上写出超导电极的图案，显影后将会在光刻胶上出现电极的图形；4）利用电子束蒸发或者磁控溅射在样品表面镀一层一百到九百纳米的超导薄膜，剥离完成后就形成SNS型约瑟夫森结；5）样品制备完成并压焊后，把样品封装到样品盒内；6）将纳米结型磁场探测器和和一个远大于其阻值的电阻串联起来，通过改变输入电压近似线性的调节纳米结上的电流；7）测量铋纳米结的临界电流随时间或者空间变化，计算后还原出三维空间中的弱磁场分布。
[0006]优选的，使用高温超导材料来制备超导电极。
[0007]优选的，所述高温超导材料为铌。本专利技术的优点在于：通过挑选纳米线的半径以及电子数曝光超导电极之间的距离， 可以改变纳米结上超导量子干涉仪的尺寸，从而提升磁场探测的灵敏度以及对磁噪声
的免疫能力。利用铌等高温超导材料来制备超导电极，可以直接在宇宙深空环境使用纳米线约瑟夫森结进行磁场探测， 而不需要外加辅助制冷设备。通过改变纳米结的半径和长度， 可以改变纳米结磁场探测器的灵敏度以及对磁噪声免疫能力。
附图说明
[0008]图1为基于[111]方向的铋纳米线约瑟夫森结结构示意图。
[0009]图中：1、[111]Bismuth（铋），2、超导体，3、Hinges（楞），L表示两个超导电极之间的纳米线的长度，W表示纳米线的直径。
具体实施方式
[0010]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0011]一种基于铋纳米线量子比特的弱磁场探测器的设计方法，包括以下步骤：1）分辨出样品上[111]方向的铋纳米线；2）在显微镜或者扫描电镜下标记铋纳米线的精确位置，然后利用版图设计软件在纳米线两端设计出电极的图案；3）利用电子束曝光机器在电子光刻胶上写出超导电极的图案，显影后将会在光刻胶上出现电极的图形；4）利用电子束蒸发或者磁控溅射在样品表面镀一层一百到九百纳米的超导薄膜，剥离完成后就形成SNS型约瑟夫森结；5）样品制备完成并压焊后，把样品封装到样品盒内；6）将纳米结型磁场探测器和和一个远大于其阻值的电阻串联起来，通过改变输入电压近似线性的调节纳米结上的电流；7）测量铋纳米结的临界电流随时间或者空间变化，计算后还原出三维空间中的弱磁场分布。
[0012]铋纳米线上各个hinge上的电流密度远高于其面和体电流密度，因此能够形成两个或者多个处于不同平面的DC
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Squid。通过挑选纳米线的半径以及电子数曝光超导电极之间的距离， 可以改变纳米结上超导量子干涉仪的尺寸，从而提升磁场探测的灵敏度以及对磁噪声的免疫能力。若利用铌(Nb)等高温超导材料来制备超导电极，可以直接在宇宙深空环境使用纳米线约瑟夫森结进行磁场探测， 而不需要外加辅助制冷设备。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于铋纳米线量子比特的弱磁场探测器的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：1）分辨出样品上[111]方向的铋纳米线；2）在显微镜或者扫描电镜下标记铋纳米线的精确位置，然后利用版图设计软件在纳米线两端设计出电极的图案；3）利用电子束曝光机器在电子光刻胶上写出超导电极的图案，显影后将会在光刻胶上出现电极的图形；4）利用电子束蒸发或者磁控溅射在样品表面镀几百一层一百到九百纳米的超导薄膜，剥离完成后就形成SNS型约瑟夫森结；5）样品制备完成并压焊后，把样品封装到样品盒内；6）将纳米结型磁场探测器和和一个远大于其阻值的电阻串联起来，通过改变输入电压近似线性的调节纳米结上...

【专利技术属性】
技术研发人员：王辉，刘强，金长新，
申请(专利权)人：浪潮集团有限公司，
类型：发明
国别省市：