Experimental and design evaluation of SrTiO3 as a nonlinear RF material for a quantum limited amplifier
De inhoud van de scriptie moet confidentieel blijven.
Het uitlezen van qubits vindt plaats in het enkel-fotonregime. Daarom is versterking bij cryogene temperaturen noodzakelijk om de kwantuminformatie uit te lezen. Parametrische versterking vormt een veelbelovende methode, omdat het signaalversterking realiseert via gecontroleerde energieoverdracht in een niet-lineair medium met minimale toevoeging van ruis. Recent is aangetoond dat een dunne laag van het perovskiet SrTiO3 bij cryogene temperaturen een sterke tweede-orde niet-lineariteit vertoont in het optische domein. Vergelijkbaar niet-lineair gedrag wordt daarom verwacht in het RF-domein, wat SrTiO3 een geschikte kandidaat maakt voor parametrische versterking. Dit concept zou een alternatief kunnen vormen voor bestaande versterkers, zoals Josephson-parametrische versterkers (JPV) en kinetische inductie-parametrische versterkers (KIPV), die beperkingen kennen op het gebied van dynamisch bereik en gevoeligheid voor externe magnetische velden.
Dit project onderzoekt de haalbaarheid van een SrTiO3 parametrische versterker. Daartoe zijn de tweede- en derde-orde niet-lineaire susceptibiliteiten χ^(2) en χ^(3) gekarakteriseerd bij millikelvintemperaturen in het RF-domein. Het gevonden resultaat voor χ^(2) sluit goed aan bij een schatting op basis van de elektro-optische bijdrage. De waargenomen afhankelijkheid van de DC-spanning wordt toegeschreven aan de vorming van polarisatiedomeinen, die ontstaan door een voorkeursrichting van het centrale titaniumatoom in het SrTiO3-rooster.
Op basis van de gekwantificeerde niet-lineariteiten is een versterker ontworpen en geoptimaliseerd, en is de prestatie ervan theoretisch gemodelleerd. Dit voorspelt een sterke versterking met bandbreedtes met grootteordes van tientallen MHz, vergelijkbaar met JPV's en KIPV's. Dit type versterker is veelbelovend, aangezien het dynamisch bereik naar verwachting vergelijkbaar zal zijn met dat van KIPV's en zelfs groter dan dat van JPV's. Dit zou de voorgestelde versterker tot een competitief, ruisarm en cryogeen alternatief kunnen maken voor huidige technologieën. Experimentele bevestiging van deze voorspelde resultaten is echter nog noodzakelijk.
Meer lezen