高纯28Si局部富集的聚焦离子束新技术：突破量子比特相干时间极限

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800

10

<4 × 10¹⁷

<1 × 10¹⁸

Li 等人 ⁵

离心 /CVD

800

20

Holmes 等人 ⁶

磁分离 /²⁸Si- 宽束注入

250

160

1 × 10¹⁷

3 × 10¹⁷

Tang 等人 ⁷

磁分离 / 离子束沉积

0.832

0.490

9.5 × 10¹⁸

2.1 × 10¹⁸

本研究 — 样品 1

Wien filter /²⁸Si⁺⁺ 聚焦束注入

12.0 ± 2.3

6.0 ± 1.7

本研究 — 样品 2

Wien filter /²⁸Si⁺⁺ 聚焦束注入

2.3 ± 0.7

0.6 ± 0.4

本研究 — 样品 3

Wien filter /²⁸Si⁺⁺ 聚焦束注入

6.1 ± 0.9

2.4 ± 0.6

<2.5 × 10¹⁵

<2.5 × 10¹⁵

备注： ²⁸ Si⁺⁺ 表示双重正离子状态，意味着该 ²⁸ Si 离子失去了两个电子。

Ravi Acharya 团队研究的创新在于使用 聚焦的 ²⁸ Si 离子束对局部体积进行富集。 聚焦束提供了更高的束流强度，大幅缩短了辐照时间，这在传统的宽束离子注入器上难以实现。实验结果表明，本方法可以获得超越 kg-2 计划的 ²⁹ Si 和 ³⁰ Si 残留水平，而仅需在单台设备中使用标准天然硅源材料。

尽管聚焦离子束源会产生 正离子 ，但与宽束注入相比，同量异位素的比例可以忽略不计。此外，真空系统具有数量级更低的真空基础压力，如此处所示，这导致了富集体积的污染最小化。

图1： ²⁸ Si 聚焦离子束同位素富集

a. ²⁸ Si 聚焦离子束对局部体积进行同位素富集示意图。

b. Si ⁺⁺ Wien filter 扫描显示 的同位素质量分辨率，红色扫描 (22.5kV) 与蓝色扫描

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