광학 결합 주사탐침현미경

설명

이 그룹은 전자스핀공명(ESR)과 결합한 주사터널링현미경(STM) 보다는 표면에서 원자의 양자적 특성, 반도체에서 결함을 조사하기 위해 대안을 찾고 있습니다. STM은 금속 기판에서 얇은 절연체 필름을 사용하도록 제한되어 있고 양자 결맞음 시간 또한 금속 기판, 터널링 전류 등과의 상호작용으로 인해 제한을 받습니다. 양자 결맞음 시간을 늘리기 위해 새로운 물질로 새로운 템플릿을 조사할 필요가 있습니다. 기판에서 벌크 절연체로 선택의 폭이 확장되면서 표면에서 원자와 분자의 양자 결맞음 시간을 늘릴 수 있는 새로운 기회가 열릴 것입니다. 최근, 원자현미경(atomic force microscopy: AFM) 기반의 교환력 현미경(exchange force microscopy: ExFM) 기법을 활용하여 반강자성(antiferromagnetic) 표면과 스키미온 격자에서 스핀 구조물의 원자 해상도를 얻었습니다. 광학 결합 SPM 그룹은 양자나노과학 연구단에 있는 q-플러스 힘 센서와 노이즈가 낮은 내부 극저온 전치 증폭기(preamplifier)를 사용하여 세계적인 수준의 AFM/STM 시스템을 개발할 것입니다. AFM-ExFM은 절연 벌크 기판의 단일 원자 또는 반도체의 결함을 조사할 수 있는 기회를 제공할 것입니다.

더 나아가, 광학적 제어와 측정은 SPM 기법과 결합하여 양자 게이트 연산과 양자 상태 측정에 대한 새로운 능력을 제공할 것입니다. 최근, 광학과 결합한 STM은 피코 및 나노 세컨드 시간 분해능으로 반도체에서 전자 역학을 측정하는데 사용되었습니다. 펄스 레이저를 사용하여 SPM 접합에서 펌프 프로브 측정은 원자 해상도에서 전하와 스핀의 에너지 이완 시간을 제공할 것입니다. SPM을 광학과 결합하여 레이저 펄스간 지연을 제어함으로써 표면에서 단일 원자 혹은 반도체의 결함에 대한 양자 게이트를 제어할 수 있습니다. 또한 우리는 SPM 접합으로부터 전자 발광 또는 형광 측정을 통해 양자 상태를 측정할 수 있을 것으로 예상합니다. 광학 결합 SPM 그룹이 고안하는 장비의 궁극적인 목표는 ERS 기능을 갖춘 세계적인 수준의 광학 결합 AFM/STM 시스템을 개발하는 것입니다. 광학과 ESR을 STM, AFM과 결합한다면 원자 해상도로 양자 얽힘 시스템에서 양자 게이트를 모두 제어하고 양자 상태를 측정할 수 있는 기회를 제공할 것입니다.