研究纳米超导量子干涉器件中的磁通噪声起源

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61306151
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0408.新型信息器件
  • 结题年份:
    2016
  • 批准年份:
    2013
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2014-01-01 至2016-12-31

项目摘要

Nano-SQUID (superconducting quantum interference device) has drawn many attentions due to its possibility to achieve single-electron-spin detection by using of only electronic readout. Owning to its super sensitivity and easy accessibility, nano-SQUID is a highly desired technique for a variety of research areas requiring nanoscale magnetism characterization and quantum spin detection, such as studying super high density memory, searching for the quantum information storage unit-qubit, and developing nanoscale magnetic resonance imaging technique. The minimium detectable spin number of a nano-SQUID is proportional to the size of its superconducting ring and the magnetic flux noise. With the recent global trend to shrink the size of SQUID using nanotechnology, the sensitivity of current nano-SQUIDs is limited by the flux noise. However, the origins of the flux noise in superconducting device is still an unanswered question in condensed matter physics, and multiple hypotheses still remain at the stage of numerical simulation. Here, we propose to investigate the origins of the nano-SQUID flux noise experimentally by comparing nano-SQUID prepared using different methods. First, we will study the effect of local magnetic moments generated by the metal induced state at the interface between the niobium and the device substrate. The flux noise will be measured for nano-SQUIDs made of single crystal niobium films that were grown using molecular beam epitaxy technique and multi-crystal niobium films grown by the traditional sputtering technique respectively. Second, we will analyze the effect of dangling-bond-spin states at the surface, or inside of the substrate, by comparing the nano-SQUIDs fabricated on substrates of different materials. In addition, we also will inspect the microscopic coupling mechanism between the flux noise and the nano-SQUID, by measuring the flux noise as functions of the probe current frequency, applied magnetic field and ambient temperature, respectively. In conclusion, the proposed investigation into in the origins of nano-SQUIDs will provide scientific insights to further improve the sensitivity of nano-SQUIDs towards the detection of single spins.
纳米超导量子干涉器件(NanoSQUID)作为一种精密的自旋探测器,可以广泛应用于开发超高密度存储器和搜寻量子信息单元等诸多研究领域。目前,NanoSQUID的灵敏度主要受限于其磁通噪声,但对于引起磁通噪声的原因尚不完全清楚。本项目拟通过改变nanoSQUID的三个主要条件,研究其磁通噪声的可能起源和影响因素。条件一,考察超导金属和nanoSQUID衬底界面态上的局部磁偶极子对磁通噪声的影响。条件二,测量nanoSQUID衬底表面或内部缺陷产生的悬空键自旋涨落对磁通噪声的影响。条件三,分析磁通噪声和nanoSQUID的测量参数(测量电流频率、外加磁场以及环境温度)的关系。通过以上研究,系统地分析NanoSQUID磁通噪声的可能起源,可进一步理解磁通噪声的微观机理,为优化NanoSQUID的灵敏度提供科学指导依据。

结项摘要

纳米超导量子干涉器件(nanoSQUID)是基于SQUID发展起来的一种新型超导器件。它通过现代微纳加工技术将SQUID的超导环缩小到纳米级别,构成极端灵敏的微观自旋探测器,理论上可以达到测量单电子自旋的灵敏度,从而成为探索微观世界和研究量子科学的有效手段之一。本项目通过现有工艺优化,研究获得了一套简单而又稳定的平面nanoSQUID制备工艺,并且自主搭建了一套针对nanoSQUID定制的FPGA快速测量系统。更进一步,为了降低nanoSQUID的磁通噪声,项目组发明了一套3D nanoSQUID的制备工艺,大幅度提高了nanoSQUID的磁通调制深度,达到了45.9%。并且将磁通噪音降低到0.34 μФ0/Hz1/2。此项结果对Nb基 nanoSQUID在单电子自旋探测应用迈出了重要的一步。另外,项目在nanoSQUID应用探索中展开初步尝试,成功探测到单颗铟颗粒的超导抗磁信号,为nanoSQUID在研究超小超导体磁属性应用方面打下扎实基础。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
The fabrication and characterization of nano-SQUIDs based on Nb thin films
基于铌薄膜的纳米SQUID的制备与表征
  • DOI:
    10.1016/j.physc.2015.05.004
  • 发表时间:
    2015-08
  • 期刊:
    Physica C: Superconductivity and its Applications
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Xiaoyu Liu;Hao Wang;Lei Chen;Zhen Wang
  • 通讯作者:
    Zhen Wang
Accurate Characterization of the Critical Current of Nano-SQUIDs by a Square-wave-pulse Measurement Method
方波脉冲测量方法准确表征纳米 SQUID 的临界电流
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    Chinese Journal of Low Temperature Physics
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Xiaoyu Liu;Hao Wang;Lei Chen;Zhen Wang
  • 通讯作者:
    Zhen Wang

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其他文献

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  • 通讯作者:
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  • 期刊:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    马润赓
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    --
  • 作者:
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  • 通讯作者:
    李维平
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  • 通讯作者:
    鲍晓华
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    2021
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  • 通讯作者:
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陈垒的其他基金

基于扫描nano-SQUID显微镜面向超导电子器件中磁通涡旋动力学的研究
  • 批准号:
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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