本发明专利技术提供了一种表面离子阱囚禁电场空间分布的测量方法，包括：向所述离子阱电极施加激励信号；通过包括带电探针组件的原子力显微测量模块对所述离子阱的电极表面进行扫描，其中，所述带电探针组件配置成与扫描对象表面的电场发生相互作用，并诱导所述带电探针组件发生偏转或振荡状态变化；通过所述原子力显微测量模块的光学系统检测所述带电探针组件的状态变化，以确定所述离子阱囚禁电场的空间分布情况。本发明专利技术所提供的离子阱囚禁电场分布的测量方法，支持基于原子力显微术对表面离子阱囚禁电场的空间分布进行直接测量，消除了理论计算方法与实际物理模型的差异，解决了表面离子阱电极加工品质和囚禁离子属性难以确定而导致后续量子操作实验效率极低的困扰。导致后续量子操作实验效率极低的困扰。导致后续量子操作实验效率极低的困扰。
【技术实现步骤摘要】
表面离子阱囚禁电场分布的测量方法及测量装置
[0001]本申请涉及精密测量
，尤其涉及一种表面离子阱囚禁电场分布的测量方法及测量装置，一种用于微纳精密测量的带电探针组件的制备方法。
技术介绍
[0002]Paul型离子阱系统因相干时间长、制备和读出效率高等优势而被认为是实现量子计算等技术的最佳平台之一，其基本原理是利用离子阱电极产生一个三维时变囚禁电场实现带电离子的囚禁并对其进行相关的量子操作。
[0003]囚禁电场的形式紧密依赖于其电极属性，尤其随着离子阱微型化的发展，电极制作的相对精度更加难以保证，从而导致物理离子阱的囚禁属性难以确定，而且射频击穿损坏问题更加凸显。目前，对于离子阱囚禁属性的分析，通常采用有限元或边界元的方法理论模拟其电场分布而实现。由于理想物理模型与实际工艺的差异，使得理论计算方法仅能为设计过程提供重要的指导意义，而无法实现其加工品质的检验和囚禁属性的表征，导致利用其进行后续量子操作实验的效率极低。此外，目前适于离子阱囚禁电场分布测量的电光晶体传感器，最小探头尺寸仍为毫米量级，限制了其测量分辨率，使其仅限于较大尺寸的宏观离子阱的测量。
[0004]随着微纳技术的迅速发展，原子力显微术成为微纳领域最强有力的测量技术，其中静电力显微术也已被广泛应用于微纳电学的表征，但由于其测量原理为针尖在距离样品表面数十至百纳米的空间下并对针尖或样品施加特定频率的电压信号而实现长程静电作用的探测，使得待测电学性质紧密依赖于探测时激励电压的频率及所用电学探针属性，然而离子阱电极产生囚禁电场所施加激励的为直流信号和射频信号，完全不同于静电力显微所用的与探针共振频率相关的激励电压信号，导致无法直接利用常规静电力显微术实现离子阱囚禁电场的空间分布测量。
[0005]因此，如何高效准确地测量离子阱电极所形成的电场分布，从而确定离子阱电极的工艺品质与离子阱的囚禁属性是本领域中亟待解决的技术问题。
技术实现思路
[0006]有鉴于现有技术的至少一个缺陷，第一方面，本专利技术提供了一种表面离子阱囚禁电场分布的测量方法，包括：
[0007]向所述离子阱电极施加激励信号；
[0008]通过包括带电探针组件的原子力显微测量模块对所述离子阱电极的表面进行扫描，其中，所述带电探针组件配置成与扫描对象表面的电场发生相互作用，并诱导所述带电探针组件发生偏转或振荡状态变化；
[0009]通过所述原子力显微测量模块的光学系统检测所述带电探针组件的状态变化，以确定所述表面离子阱囚禁电场的空间分布情况。
[0010]根据本专利技术的第一方面，其中，所述带电探针组件包括：
[0011]悬臂，具有固定端和自由端，所述悬臂配置成在所述离子阱电极的表面扫描，并在受力状态下以固定端为轴发生偏转；
[0012]带电体，设置在所述悬臂的自由端，配置成与所述扫描对象的表面发生电场力的相互作用。
[0013]根据本专利技术的第一方面，其中，所述光学系统包括：
[0014]发射组件，配置成向所述悬臂的自由端发射激光；
[0015]接收组件，配置成接收由所述自由端反射的光信号，并转换为电信号；
[0016]信号分析组件，与所述接收组件耦接，配置成根据所述电信号确定所述带电探针组件的偏转响应信号，并根据所述偏转响应信号确定所述表面离子阱囚禁电场的空间分布情况。
[0017]根据本专利技术的第一方面，其中所述带电探针组件工作在静态模式、力曲线模式或动态模式下，以获得离子阱囚禁电场所要求的不同激励信号的情况。
[0018]根据本专利技术的第一方面，所述方法进一步包括：
[0019]在实际测量前，对所述接收组件的光学灵敏度进行校准，以获取所述电信号与所述带电探针组件的偏转响应信号的对应关系；和/或
[0020]在实际测量前，对所述悬臂的弹性常数进行校准，以获取所述偏转响应信号与所述悬臂的受力情况的对应关系。
[0021]根据本专利技术的第一方面，其中所述带电探针组件的偏转响应信号包括测量信号减去无电场作用下的偏转响应信号。
[0022]根据本专利技术的第一方面，所述方法进一步包括：
[0023]根据所述离子阱电极表面的电场分布情况确定所述离子阱电极的工艺属性及囚禁属性。
[0024]第二方面，本专利技术还提供一种用于原子力显微测量的带电探针组件的制备方法，包括：
[0025]将绝缘体与原子力显微悬臂进行粘接；
[0026]将粘接后的绝缘体定位至电容一侧极板的表面；
[0027]对所述电容施加高压，以使所述绝缘体上聚集电荷。
[0028]根据本专利技术的第二方面，其中
[0029]所述原子力显微悬臂包括无镀层无针尖悬臂，或通过腐蚀去除镀层的悬臂，所述悬臂的具有极小的弹性常数；
[0030]所述绝缘体包括绝缘微球，由聚四氟乙烯材料或聚苯乙烯材料制成；
[0031]所述绝缘微球与所述电容的一侧极板均具有纳米级光滑表面，且在制备过程中保持干燥和洁净。
[0032]第三方面，本专利技术还提供一种表面离子阱囚禁电场分布的测量装置，包括：
[0033]离子阱电场激励模块，配置成向所述离子阱电极施加激励信号；
[0034]原子力显微测量模块，包括带电探针组件和光学系统，所述原子力显微测量模块配置成对所述离子阱电极的表面空间进行扫描，其中：
[0035]所述带电探针组件配置成与扫描对象表面的电场发生相互作用，并诱导所述带电探针组件发生偏转或振荡状态变化；
[0036]所述光学系统配置成检测所述带电探针组件的状态变化，以确定所述离子阱电极表面的电场空间分布情况。
[0037]本专利技术的上述一个或多个实施例所提供的表面离子阱囚禁电场分布的测量方法及测量装置，采用特定设计的带电探针组件，基于原子力显微术对表面离子阱囚禁电场的空间分布进行直接测量，消除了理论计算方法与实际物理模型的差异，以及现有的测量方法中传感器属性的局限性，为表面离子阱电学属性的表征提供了一种高效且高分辨的测量方案，解决了表面离子阱电极加工品质和囚禁离子属性难以确定而导致后续量子操作实验效率极低的困扰。进一步，本专利技术所提供的用于原子力显微测量的带电探针组件的制备方法，实现了对电场分布的高效高分辨率探测，对于表面离子阱及其他微纳器件的工艺设计与优化研究具有重要的应用价值。
附图说明
[0038]为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图，而并不超出本申请要求保护的范围。
[0039]图1示出了本专利技术的一个实施例所提供的表面离子阱囚禁电场分布的测量方法；
[0040]图2示出了本专利技术的一个实施例所提供的表面离子阱囚禁电场分布的测量方法中采用的探针组件；
[0041]图3示出了本专利技术的一个实施例所提供的表面离子阱囚禁电场分布的测本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种表面离子阱囚禁电场分布的测量方法，其特征在于，包括：向所述离子阱电极施加激励信号；通过包括带电探针组件的原子力显微测量模块对所述离子阱电极的表面进行扫描，其中，所述带电探针组件配置成与扫描对象的表面电场发生相互作用，并诱导所述带电探针组件发生偏转或振荡状态变化；通过所述原子力显微测量模块的光学系统检测所述带电探针组件的状态变化，以确定所述表面离子阱囚禁电场的空间分布情况。2.如权利要求1所述的方法，其中，所述带电探针组件包括：悬臂，具有固定端和自由端，所述悬臂配置成在所述离子阱的电极表面扫描，并在受力状态下以固定端为轴发生偏转；带电体，设置在所述悬臂的自由端，配置成与所述扫描对象的表面发生电场力的相互作用。3.如权利要求2所述的方法，其中，所述光学系统包括：发射组件，配置成向所述悬臂的自由端发射激光；接收组件，配置成接收由所述自由端反射的光信号，并转换为电信号；信号分析组件，与所述接收组件耦接，配置成根据所述电信号确定所述带电探针组件的偏转响应信号，并根据所述偏转响应信号确定所述表面离子阱囚禁电场的空间分布情况。4.如权利要求1
‑
3中任一项所述的方法，其中所述带电探针组件工作在静态模式、力曲线模式或动态模式下，以获得离子阱囚禁电场所要求的不同激励信号的情况。5.如权利要求3所述的方法，进一步包括：在实际测量前，对所述接收组件的光学灵敏度进行校准，以获取所述电信号与所述带电探针组件的偏转响应信号的对应关系；和...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑志月，张翔，
申请(专利权)人：北京量子信息科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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