【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及冷原子芯片领域，具体涉及一种用于制备超冷原子的微型芯片及方法。
技术介绍
1、自从上个世纪量子论诞生以来，在微观世界研究物质波的特性越来越重要，并且在过去一百多年间推动现代物理科学技术的迅速发展，激光冷却与陷俘原子很快便实现了，冷却下来的原子可以用来做物质波干涉、量子计算、物理量精密测量等。原子的冷却是用空间上三对方向相反的红失谐激光束实现的，其基本原理是多普勒冷却机制。原子的囚禁按照实现方式可以分为光阱和磁阱，两种阱作用于原子的束缚力分别对应于偶极力和散射力，后来又专利技术了磁光阱(mot)，它由三对两两相互垂直、具有特定偏振组态且负失谐的对射激光束形成的三维空间驻波场和反亥姆霍兹线圈产生的梯度场构成。磁场的零点和光场中心重合，负失谐的激光对原子产生阻尼力，梯度磁场与激光的偏振相结合产生了对原子的束缚力。
2、一方面，传统的磁光阱由三对激光和一对反亥姆霍兹线圈构成，但对于冷原子实验而言简单小型化是我们一直追求的目标，传统的mot装置太过于笨重，因此能够用芯片产生的磁阱代替宏观线圈产生的磁阱是对于未来将原子光学系统小型化的关键技术。
3、另一方面，微型化是开发原子芯片背后的一个关键理念。通过在永磁体上刻画图案或微加工导线生成图案的方式，可以在芯片上形成的微米大小的结构，允许以相对适度的磁体或电流产生非常强的场梯度。这使得形成紧密捕获的冷原子云团变得非常容易，这是快速蒸发产生玻色-爱因斯坦凝聚体(bec)和随后快速操纵所必需的。除了产生强大的捕获力之外，微型化还开启了在微米长度尺度上控制原子运
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本专利技术的目的是提供一种用于制备超冷原子的微型芯片及方法。
2、本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：
3、一种用于制备超冷原子的微型芯片，包括导线刻蚀层、氧化隔离层、芯片基底；
4、所述芯片基底上设有氧化隔离层，所述氧化隔离层通过离子蒸发溅射设有导线刻蚀层，所述导线刻蚀层上通过光刻法刻有导线，所述导线间的刻槽尺寸为15um；
5、所述导线包括：第一z型导线、第二z型导线、第三z型导线、第四z型导线、第一u型导线、第二u型导线，横向连接直导线；
6、所述导线刻蚀层上设有芯片引脚，所述芯片引脚数量为14个，所述芯片引脚包括：第一引脚、第二引脚、第三引脚、第四引脚、第五引脚、第六引脚、第七引脚、第八引脚、第九引脚、第十引脚、第十一引脚、第十二引脚、第十三引脚、第十四引脚；其中，第一引脚和第十二引脚与第一z型导线相连，第二引脚和第十一引脚与第二z型导线相连，第五引脚和第八引脚与第三z型导线相连，第六引脚和第七引脚与第四z型导线相连，第三引脚和第四引脚与第一u型导线相连，第九引脚和第十引脚与第二u型导线相连，第十三引脚和第十四引脚与横向连接直导线相连；
7、其中，同时接通引脚第十三引脚和第十四引脚、第一引脚和第十二引脚、第六引脚和第七引脚组合构成第一h型导线，同时接通第十三引脚和第十四引脚、第二引脚和第十一引脚、第五引脚和第八引脚组合构成第二h型导线；
8、所述第一u型导线与第二u型导线共同构成双u型导线，所述双u型导线中间直导线尺寸为l1＝0.9mm，所述第一h型导线中间直导线l3＝2mm，所述第二h型导线中间直导线l2＝1.2mm，所述第一h型导线与第二h型导线共同构成双h型导线；所述双u型导线关于芯片水平中线对称分布，所述双h型导线的中间直导线和芯片水平中线重合，两边竖直导线关于芯片竖直中线对称分布。
9、进一步地，所述芯片尺寸为36x36mm，所述芯片上的导线刻画区尺寸为2x3mm。
10、进一步地，所述导线刻蚀层为纯金导线层，厚度为5um；所述氧化隔离层为sio2氧化隔离层，厚度为20nm；所述芯片基底为si片基底，厚度为0.5mm。
11、进一步地，所述双u型导线线宽为300um，厚度为5um，材料为纯金；所述双h型导线，线宽为100um，厚度为5um，材料为纯金。
12、一种用于制备超冷原子的方法，采用上述的微型芯片，包括以下步骤：
13、s1、将微型芯片安装在连接板上形成芯片组件并通过连接板连接外部电源，然后将芯片组件与全石英真空腔室相连，芯片组件、全石英真空腔室以及玻璃圆管共同形成芯片真空腔体，芯片真空腔体与真空铟封法兰锁在一起，和真空泵组连接以实现超高真空实验环境；在芯片外部设置三轴向偏置磁场，所述三轴向偏置磁场包括x轴向偏置磁场bx、y轴向偏置磁场by、z轴向偏置磁场bz；
14、s2、在芯片组件上方设置冷却光场，所述冷却光场包括水平入射光、两对方向与芯片组件表面呈45°的斜角冷却光，所述斜角冷却光包括左入射光、左反射光、右入射光、右反射光；其中左入射光经芯片组件镜面反射后形成右反射光，右反射光与右入射光形成对束光，右入射光经芯片组件镜面反射后形成左反射光，左反射光与左入射光形成对束，水平入射光与返回光形成对束，在三维空间上形成3对冷却光束共同形成冷却光场；
15、s3、将第三引脚或第九引脚与电源正极接通，对应第四引脚或第十引脚与电源负极接通，电流大小为1a-4a，同时打开y轴向偏置磁场by，此时在芯片下方形成u型阱，结合外部冷却光场形成u型磁光阱(u-mot)，u-mot从背景铷蒸汽中囚禁冷原子；关闭y轴向偏置磁场by，只用冷却光做偏振梯度冷却；将第一引脚或第六引脚与电源正极接通，对应第十二引脚或第七引脚与电源负极接通，电流大小为1a-4a，同时打开y轴向偏置磁场by，结合外部冷却光场形成l3＝2mm的z型磁光阱(z-mot)，同时打开x轴向偏置磁场bx和z轴向偏置磁场bz，调节三轴向偏置磁场将u-mot中心接近芯片表面，直至和l3＝2mm的z-mot中心重合；关闭与u型导线相连引脚的电源，关闭u-mot，实现了原子从装载mot到冷却mot的转移；最后将第二引脚或第五引脚与电源正极接通，对应第十一引脚或第八引脚与电源负极接通，此时配合y轴向外部偏置磁场by形成l2＝1.2mm的z-mot，通过调节三轴向偏置磁场使得原子转移到l2＝1.2mm的z-mot中，在此mot中做最后的蒸发冷却，高能的原子逐渐被从势阱中驱逐出去，剩下能量低的原子重新发生碰撞达到热平衡，最终原子温度达到nk级，实现超冷原子的制备。
16、进一步地，步骤s1中所述连接板包括过孔焊盘，表面方形焊盘，丝印图案，pcb基板；
17、微型芯片与连接板的连接方式具体为：微型芯片通过丝印图案定位，并通过胶水与pcb基板相连，微型芯片表面引脚通过细金属导线与表面方形焊盘连接，方形焊盘与过孔焊盘通过导线连接，过孔焊盘最终通过外接排针与电源连接实现芯片的通电。
18、进一步地，步骤s3中所述外部偏置磁场通过亥姆霍兹线圈产生，所述本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于制备超冷原子的微型芯片，其特征在于，包括导线刻蚀层(17)、氧化隔离层(18)、芯片基底(19)；
2.根据权利要求1所述的一种用于制备超冷原子的微型芯片，其特征在于，所述芯片尺寸为36x36mm，所述芯片上的导线刻画区尺寸为2x3mm。
3.根据权利要求1所述的一种用于制备超冷原子的微型芯片，其特征在于，所述导线刻蚀层(17)为纯金导线层，厚度为5um；所述氧化隔离层(18)为SiO2氧化隔离层，厚度为20nm；所述芯片基底(19)为Si片基底，厚度为0.5mm。
4.根据权利要求1所述的一种用于制备超冷原子的微型芯片，其特征在于，所述双U型导线(15)线宽为300um，厚度为5um，材料为纯金；所述双H型导线(16)，线宽为100um，厚度为5um，材料为纯金。
5.一种用于制备超冷原子的方法，其特征在于，采用如权利要求1-4任一项所述的微型芯片，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种用于制备超冷原子的方法，其特征在于，步骤(S1)中所述连接板包括过孔焊盘(28)，表面方形焊盘(29)，丝印图案(3
7.根据权利要求5所述的一种用于制备超冷原子的方法，其特征在于，步骤(S3)中所述外部偏置磁场通过亥姆霍兹线圈产生，所述亥姆霍兹线圈通过磁场线圈框架(23)与线圈整体框架(27)固定连接。
...【技术特征摘要】
1.一种用于制备超冷原子的微型芯片，其特征在于，包括导线刻蚀层(17)、氧化隔离层(18)、芯片基底(19)；
2.根据权利要求1所述的一种用于制备超冷原子的微型芯片，其特征在于，所述芯片尺寸为36x36mm，所述芯片上的导线刻画区尺寸为2x3mm。
3.根据权利要求1所述的一种用于制备超冷原子的微型芯片，其特征在于，所述导线刻蚀层(17)为纯金导线层，厚度为5um；所述氧化隔离层(18)为sio2氧化隔离层，厚度为20nm；所述芯片基底(19)为si片基底，厚度为0.5mm。
4.根据权利要求1所述的一种用于制备超冷原子的微型芯片，其特征在于，所述双u型导线(15)线宽为300um，厚度为5um，材料为纯金；所述双h型导线(16)，线宽为100um，厚度为5um，材料为纯金。
5.一种用于制...
【专利技术属性】
技术研发人员：吴彬，何温锋，李德钊，王肖隆，吴一凡，陈思远，程冰，林强，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：
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