原子芯片的基本原理、关键技术及研究进展

飞速发展的激光冷却、囚禁与操控中性原子的理论和实验技术不仅促进了人们对微观物质运动规律的认知,而且在精密测量和量子信息领域催生了多项颠覆性的器件与应用.不同于传统复杂庞大的原子光学实验装置,原子芯片通过在硅等基底上制备的表面微纳结构或器件来精准控制磁场、电场或光场,从而在小尺度、低功耗条件下实现对原子的强束缚与相干操控,被认为是一种稳定、精确、功能及扩展性强大的原子及其量子态片上实验平台,具有广泛且重大的应用价值.本文首先简要回顾了原子芯片的发展历程,然后介绍了基于载流导线的微势阱及微导引实现原子芯片的基本原理,并着重讨论了基于载流导线的原子芯片制备技术、测试方法和集成的全链条关键实现技术.随后,本文综述了各国与原子芯片相关的研究计划布局和主要应用进展,指出原子芯片走向实用面临的挑战性问题,并对其未来发展进行了展望.

TSV结构对环形物质波波导的影响

由于需要外部电源的接入,传统芯片上的环形结构的物质波波导无法形成完全封闭的环形结构,其产生的环形磁阱存在天然缺陷,阻碍了对冷原子的有效操控。利用硅通孔(TSV)技术能够在垂直于原子芯片表面方向接入导线,有望降低接入导线对环形磁阱的影响。本文通过有限元方法对基于TSV技术的环形原子物质波波导进行仿真研究,对导线加载电流时的磁场进行仿真分析,并系统研究了TSV横截面形状、通孔深度、通孔间隙等因素对环形导线所产生磁阱的影响。最终结合仿真结果,设计一种在加工工艺上切实可行的基于TSV结构的环形波导原子芯片。

填充超高比例Fe SiAl的纸状复合电磁吸波材料研究

磁性颗粒的片状化、一致取向和高填充比是提高其复合材料复磁导率的直接方法。然而提高其填充比造成的机械性能下降、复介电常数升高的问题一直困扰着国内外学者。为解决这一难题,向非导电网状基体中填充超高比例一致取向的片状磁性颗粒是有效的途径。抽滤沉降法是有着简单的工艺和设备的流体力学方法,该方法实现了Fe SiAl片状颗粒在纤维素纳米纤维基体中的良好分散、一致取向和12. 5∶1~20∶1超高质量填充比。所得的纸状复合材料在该范围内获得了16-11. 5j的高复磁导率,而复数介电常数控制在300-100j以下。经计算1 mm厚度纸状复合材料样品的理论反射损耗在整个L波段达到-5. 6 d B,L波段吸波效果在该厚度下非常优秀。抽滤沉降法则为高形状比的纤维状和片状颗粒的复合材料制备提供了方法和新思路。