用于制备离子阱针形电极的阴极组件的制作方法

1.本实用新型涉及量子计算技术领域，具体涉及离子阱量子计算机技术领域，特别地涉及用于制备离子阱针形电极的阴极组件。


背景技术：

2.离子阱是一种利用电场或磁场将离子(即带电原子或分子)俘获和囚禁在一定范围内的装置，可用于实现量子计算机。离子阱的种类繁多，其中，在针极离子阱或四级杆离子阱中的电场可以通过针形电极(简称针极)被施加到离子上。因此，作为离子阱中直接作用于离子的器件，离子阱量子计算机对针形电极的长度和针尖结构的制备精度有着相当高的要求，因为只有制备精度高的针形电极才能更好地满足离子阱量子计算机的的工作要求。


技术实现要素：

3.针对现有技术中存在的技术问题，本实用新型提出了一种用于制备针形电极的阴极组件。
4.本实用新型实施例提出一种用于制备离子阱针形电极的阴极组件，包括：阴极接线柱，竖直地设置且部分地浸入在用于腐蚀金属棒材的溶液中；阴极环，垂直地固定在所述阴极接线柱向下的一端，以悬置在所述溶液中，并且所述金属棒材浸入所述溶液的部分置于所述阴极环的中央，其中，所述金属棒材连接至电源的正极，所述阴极接线柱连接至电源的负极，以使所述金属棒材浸入所述溶液的部分与所述溶液发生电化学反应。
5.可选地，所述阴极组件还包括：第一桶体，用于盛放所述溶液；立柱，竖直地设置在所述第一桶体外部的一侧；阴极安装板，沿水平方向安装在所述立柱上；阴极支架管，固定连接在所述阴极安装板下方与所述阴极环之间，其中，所述阴极接线柱经由所述阴极安装板上的阴极安装孔固定在所述阴极支架管内。
6.可选地，所述阴极组件还包括：阴极接线螺母，设置在所述阴极安装板上方，用于连接电源的负极；其中，所述阴极接线柱通过所述阴极接线螺母连接至电源的负极。
7.可选地，所述阴极组件还包括：阴极绝缘套环，套接在所述阴极接线柱与所述阴极安装孔之间。
8.可选地，所述阴极绝缘套环的上边缘具有周向凸缘，所述周向凸缘卡接在所述阴极安装孔的上边沿，所述阴极接线螺母位于所述周向凸缘的上方。
9.可选地，所述第一桶体上方设置有开口向下的第二桶体，所述第二桶体的顶部端面上开设有棒材安装孔，所述金属棒材经由所述棒材安装孔固定在所述第二桶体中；其中，当所述第二桶体浸入所述第一桶体内盛放的所述溶液中时，所述第二通体浸入所述溶液的部分置于所述阴极环的中央，从而使得金属棒材浸入所述溶液的部分置于所述阴极环的中央。
10.可选地，所述棒材安装孔内插设有阳极接线柱，所述金属棒材插设在所述阳极接
线柱的轴向通孔中并经由套设在所述阳极接线柱的端部上的棒材紧固螺母固定在所述阳极接线柱的轴向通孔中。
11.可选地，所述阳极接线柱的端部上开设有轴向开口，当所述棒材紧固螺母拧紧所述阳极接线柱时，所述轴向开口收敛，使得所述阳极接线柱的轴向通孔的内径收缩，从而使金属棒材固定在所述阳极接线柱的轴向通孔内。
12.可选地，所述溶液中包含氢氧化钠，所述溶液中设有氢氧根离子浓度传感器，所述氢氧根离子浓度传感器用于监测溶液中的氢氧根离子浓度。
13.可选地，所述阴极环由石墨制成。
14.本实用新型能够使得溶液中的负离子(诸如，但不限于，氢氧根离子)均匀地分布在金属棒材的周围，这样可使得金属棒材在周向上的腐蚀效率更加均匀，进而使得制备出的离子阱针形电极在形状规整程度和表面光滑程度上得到明显提升。
附图说明
15.下面，将结合附图对本实用新型的优选实施方式进行进一步详细的说明，其中：
16.图1示出了本实用新型实施例的一种用于制备离子阱针形电极的阴极组件的结构示意图；
17.图2是图1所示结构沿着阳极接线柱轴向的剖视图；
18.图3示出了本实用新型实施例的一种针形电极制备装置的结构示意图；
19.图4是图3所示结构沿着纵向的剖视图；
20.图5是图4所示结构中的a处局部放大图。
具体实施方式
21.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
22.在以下的详细描述中，可以参看作为本实用新型一部分用来说明本实用新型的特定实施例的各个说明书附图。在附图中，相似的附图标记在不同图式中描述大体上类似的组件。本实用新型的各个特定实施例在以下进行了足够详细的描述，使得具备本领域相关知识和技术的普通技术人员能够实施本实用新型的技术方案。应当理解，还可以利用其它实施例或者对本实用新型的实施例进行结构、逻辑或者电性的改变。
23.本实用新型实施例提出了一种用于制备离子阱针形电极的阴极组件，包括：阴极接线柱，竖直地设置且部分地浸入在用于腐蚀金属棒材的溶液中；；阴极环，垂直地固定在所述阴极接线柱向下的一端，以悬置在所述溶液中，并且所述金属棒材浸入所述溶液的部分置于所述阴极环的中央，其中，所述金属棒材连接至电源的正极，所述阴极接线柱连接至电源的负极，以使所述金属棒材浸入所述溶液的部分与所述溶液发生电化学反应。
24.本实用新型实施例提出的阴极组件将阴极设置为具有环状结构的阴极环，并且在制备针形电极时，阴极环包围在金属棒材的周围，使得电化学反应过程中，阴极环产生的离
子能够均匀地分布在金属棒材的周围，如此，金属棒材在周向上的腐蚀效率更加均匀。
25.相对于通常采用的条状阴性电极，溶液中阴极产生的离子浓度分布无法达到均匀，一种情况是，在金属棒材靠近阴极一侧的离子浓度高，在对侧的离子浓度大幅降低，金属棒材周向的腐蚀速率无法达到一致。可见，利用本实用新型的实施例制备针形电极，可对针形电极的形状规整程度和表面光滑程度实现改善，达到离子阱系统的使用需求。
26.在一些实施例中，可选地，所述阴极组件还包括第一桶体、立柱、阴极安装板和阴极支架管，所述第一桶体用于盛放所述溶液，所述立柱竖直地设置在所述第一桶体外部的一侧，所述阴极安装板沿水平方向安装在所述立柱上，所述阴极支架管固定连接在所述阴极安装板下方与所述阴极环之间，其中，所述阴极接线柱经由所述阴极安装板上的阴极安装孔固定在所述阴极支架管内。。
27.也就是说，立柱竖直立在第一桶体的外侧，立柱上安装有阴极安装板，阴极支架管安装在阴极环与阴极安装板之间，阴极支架管具有连接作用，使得阴极环能够被固定在阴极安装板上。可选地，阴极支架管可以为中空的柱体结构，为绝缘材料制成，阴极接线柱能够从阴极支架管中穿过，阴极支架管能够防止贯穿其内部的阴极接线柱与溶液接触，还能够对阴极接线柱起到一定的支撑作用。
28.本实用新型另外，阴极安装孔与阴极支架管中的贯穿孔同轴，穿过阴极支架管的阴极接线柱的上端能够从阴极安装孔中伸出。阴极支架管的端部与阴极安装孔的下边沿固定连接，使得阴极支架管固定在阴极安装边的下表面。
29.在本实用新型的一些实施例中，可选地，所述阴极组件还包括阴极接线螺母，设置在所述阴极安装板上方，用于连接电源的负极；其中，所述阴极接线柱通过所述阴极接线螺母连接至电源的负极。
30.例如，阴极接线螺母为环形结构，套设在阴极接线柱的顶端，阴极接线柱可以直接与电源的负极连接，电源的电力经阴极接线螺母、阴极接线柱导通至阴极环。
31.在本实用新型的一些实施例中，可选地，所述阴极组件还包括阴极绝缘套环，所述阴极绝缘套环套接在所述阴极接线柱与所述阴极安装孔之间。
32.阴极绝缘套环设置在阴极安装孔中，能够防止阴极接线柱与阴极安装板电连接。阴极绝缘套环的形状与阴极安装孔的形状相适应，本实用新型对阴极绝缘套环的具体形状不作限定，只要是设置在阴极安装孔与阴极接线柱之间用于电隔离的结构都在本实用新型的保护范围内。
33.在本实用新型的一些实施例中，可选地，所述阴极绝缘套环的上边缘具有周向凸缘，所述周向凸缘卡接在所述阴极安装孔的上边沿，所述阴极接线螺母位于所述周向凸缘的上方。阴极绝缘套的上边缘具有周向凸缘不仅能够作为阴极绝缘套安装时的定位机构还能够防止位于阴极绝缘套上方的阴极接线螺母与阴极安装板连接，起到绝缘的作用。
34.在本实用新型的一些实施例中，可选地，所述第一桶体的上方设置有一开口向下的第二桶体，所述第二桶体的顶部端面上开设有棒材安装孔，所述金属棒材经由所述棒材安装孔固定在所述第二桶体中；其中，当所述第二桶体浸入所述第一桶体内盛放的所述溶液中时，所述第二通体浸入所述溶液的部分置于所述阴极环的中央，从而使得所述金属棒材浸入所述溶液的部分置于所述阴极环的中央。
35.在制备针形电极时，第二桶体放置在阴极环包围的溶液中，氢氧根离子将沿着第
二桶体的周向均匀分布，这样位于第二桶体中的金属棒材的四周的腐蚀速度将保持一致，制备的针形电极沿着圆周方向更加匀称。
36.在本实用新型的一些实施例中，可选地，所述棒材安装孔内插设有阳极接线柱，所述金属棒材插设在所述阳极接线柱的轴向通孔中并经由套设在所述阳极接线柱的端部上的棒材紧固螺母固定在所述阳极接线柱的轴向通孔中。
37.在本实用新型的一些实施例中，可选地，所述阳极接线柱的端部上开设有轴向开口，当所述棒材紧固螺母拧紧所述阳极接线柱时，所述轴向开口收敛，使得所述阳极接线柱的轴向通孔的内径收缩，从而使金属棒材固定在所述阳极接线柱的轴向通孔内。
38.阳极接线柱为中空的柱状结构，内部有金属棒材穿过，阳极接线柱的外侧面可以设置螺纹，并且具有纵向的开口。金属棒材紧固螺母套设在具有螺纹的外侧面上，拧紧金属棒材紧固螺母，阳极接线柱的开口闭合，随着金属棒材紧固螺母的拧紧，阳极接线柱开口处的唇部错开，阳极接线柱的直径逐渐收紧，阳极接线柱抱紧金属棒材，使得金属棒材被固定在当前高度。
39.在本实用新型的一些实施例中，可选地，溶液中包含氢氧化钠溶液，溶液中设有氢氧根离子浓度传感器，氢氧根离子浓度传感器用于监测溶液中的氢氧根离子浓度。
40.在溶液中设置氢氧根传感器能够检测溶液中氢氧根离子浓度，进而控制棒材腐蚀的速度和一致性。氢氧根离子浓度影响针极的腐蚀速度，设置氢氧根离子浓度传感器能够监测桶内氢氧根离子浓度，随着腐蚀的进行，氢氧根浓度在减少，设置传感器后能够在氢氧根浓度偏差较大时，向溶液桶中再添加一定浓度的氢氧根，使得其浓度保持在一定范围内，进而使得腐蚀速度保持稳定。
41.在本实用新型的一些实施例中，可选地，阴极环由石墨制成。石墨为导电性能较好的导电材料，阴极环由石墨制成，能够提高本实用新型中电化学反应的稳定性。
42.以上通过多个实施例描述了本实用新型实施例的用于制备离子阱针形电极的阴极组件的多种实现方式及技术优势。以下通过多个具体的例子，描述本实用新型实施例的阴极组件的结构及作业过程。
43.作为一种示例，图1示出了本实用新型实施例的一种用于制备离子阱针形电极的阴极组件的立体结构示意图。图2是图1所示结构沿着阳极接线柱轴向的剖视图。结合图1和图2所示，用于制备离子阱针形电极的阴极组件105至少包括阴极接线柱1051和阴极环1052，其中，阴极接线柱1051的下端与阴极环1052固定连接，阴极接线柱1051与电源(图中未示出)的负极连接，通过阴极接线柱1051将电力导通至阴极环1052。阴极环1052浸入溶液中，并且包围用于制备离子阱针形电极的金属棒材(图中未示出)，金属棒材与电源的阳极连接，以与溶液发生电化学反应。
44.图3示出了本实用新型实施例的一种针形电极制备装置的结构示意图。该针形电极制备装置不仅包括阴极组件还包括立柱106、夹持器113、第一桶体102等结构。图4是图3所示结构沿着纵向的剖视图。图5是图4所示结构中的a处局部放大图。结合图3-5所示，阴极组件105还包括立柱106、阴极安装板110和阴极支架管1053，立柱106竖直地设置在第一桶体102外侧，阴极安装板110沿水平方向安装在立柱106上，阴极安装板110通过夹持器113固定在立柱106上。阴极支架管1053为中空的柱体结构，阴极接线柱1051插设在阴极支架管1053中，阴极支架管1053竖直地安装在阴极安装板110的下表面，阴极环1052沿水平方向安
装在阴极支架管1053的下端部，阴极环1052浸入溶液130中，溶液130盛放在第一桶体102中，第一桶体放置在底座101上，阴极环1052放置在第一桶体102中，阴极环1052与第一桶体102保持同心。阴极安装板110上开设有一阴极安装孔1101，阴极安装孔1101为通孔，阴极接线柱1051的上端部从阴极支架管1053中伸出并从阴极安装孔1101的下方穿过阴极安装孔1101。其中，结合图1所示，在一些实施例中，可选地，阴极支架管1053的上端和下端具有连接板1056，上端的连接板1056用于贴合阴极安装板110的下表面，增大接触面积，提高阴极支架管1053与阴极安装板110连接的稳定性，另外，下端的连接板1056与阴极环1052的上表面固定连接，连接板1056的使用能够增大阴极支架管端部与阴极环的连接面积，提高二者连接的稳定性。
45.继续参见图1和图5所示，阴极组件105还包括阴极接线螺母1055，阴极接线螺母1055套装在阴极接线柱1051的顶端，阴极接线螺母1055位于阴极安装孔1011的上方，阴极接线柱1051通过阴极接线螺母1055连接至电源的负极。阴极组件105还包括阴极绝缘套环1054，阴极绝缘套环1054套装在阴极接线柱1051与阴极安装孔1101之间。阴极绝缘套环1054的上边缘具有周向凸缘1057，周向凸缘卡接在阴极安装孔1101的上边沿，阴极接线螺母1055位于周向凸缘的上方。
46.进一步地，结合图3和图4所示，第一桶体102的上方设置有一开口向下的第二桶体103，第二桶体103的顶部端面1033上开设有棒材安装孔1031，棒材安装孔1031为通孔，金属棒材108从第二桶体103的上方穿过棒材安装孔1031伸入第二桶体103中，其中，当第二桶体103下降至第一桶体102中之后，阴极环1052将第二桶体103包围。在一些实施例中，可选地，阴极环1052、第一桶体102与第二桶体103保持同心，即阴极环1052、第一桶体102和第二桶体103任一横截面的圆心均重合。在本实用新型的一些实施例中，可选地，第二桶体103通过第二桶体支架112固定在滑块107上，滑块107位于滑轨104中，滑轨104竖立在第一桶体102外侧的底座101上，在滑块控制器(图中未示出)的控制下，第二桶体103向上或向下运动。
47.结合图5所示，当金属棒材108插入第二桶体103内的深度确定时，通过阳极组件进行紧固。阳极组件包括：阳极接线柱214、阳极接线螺母211、阳极绝缘套213以及棒材紧固螺母210，其中，阳极绝缘套213为中空的柱体结构，固定在棒材安装孔1031中，阳极绝缘套213为绝缘材料制成，在阳极绝缘套213的外侧面沿着阳极绝缘套的周向开设有凹槽2131，凹槽2131沿着其轴向的宽度与第二桶体顶部端面的轴向厚度相匹配，这样，棒材安装孔1031的边沿卡设在凹槽2131中，使得阳极绝缘套213固定在顶部端面1033上。阳极接线柱214插设在阳极绝缘套213中，在一些实施例中，可选地，阳极接线柱214为中空的柱状体结构，与阳极绝缘套213通过螺纹连接。
48.另外，在阳极接线柱214的顶部设有棒材紧固螺母210，阳极接线柱214的侧面开设有纵向的开口，该开口使得棒材紧固螺母210在拧紧阳极接线柱的顶部时能够收缩顶部的直径，将金属棒材108夹紧。棒材紧固螺母210设在阳极接线柱的顶部，金属棒材108穿过棒材紧固螺母210和阳极接线柱214进入第二桶体103内，并通过棒材紧固螺母210收紧阳极接线柱214的顶部使得确定插入深度的金属棒材108被限制在第二桶体103的顶部端面1033上。阳极接线螺母211套设在棒材紧固螺母210与阳极绝缘套213之间的阳极接线柱214上。在制备针形电极时，阳极接线螺母211与电源的正极连接，并通过阳极接线柱导电至金属棒材，使得插入溶液中的金属棒材通电并发生电化学腐蚀。
49.利用本实用新型实施例提供的用于制备离子阱针形电极的阴极组件制备针形电极能够提高制备的针形电极的均匀对称性，使得制备的针形电极的精度更高。
50.上述实施例仅供说明本实用新型之用，而并非是对本实用新型的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此，所有等同的技术方案也应属于本实用新型公开的范畴。

技术特征：
1.一种用于制备离子阱针形电极的阴极组件，其特征在于，包括：阴极接线柱，竖直地设置且部分地浸入在用于腐蚀金属棒材的溶液中；阴极环，垂直地固定在所述阴极接线柱向下的一端，以悬置在所述溶液中，并且所述金属棒材浸入所述溶液的部分置于所述阴极环的中央，其中，所述金属棒材连接至电源的正极，所述阴极接线柱连接至电源的负极，以使所述金属棒材浸入所述溶液的部分与所述溶液发生电化学反应。2.根据权利要求1所述的阴极组件，其特征在于，还包括：第一桶体，用于盛放所述溶液；立柱，竖直地设置在所述第一桶体外部的一侧；阴极安装板，沿水平方向安装在所述立柱上；阴极支架管，固定连接在所述阴极安装板下方与所述阴极环之间，其中，所述阴极接线柱经由所述阴极安装板上的阴极安装孔固定在所述阴极支架管内。3.根据权利要求2所述的阴极组件，其特征在于，还包括：阴极接线螺母，设置在所述阴极安装板上方，用于连接电源的负极；其中，所述阴极接线柱通过所述阴极接线螺母连接至电源的负极。4.根据权利要求3所述的阴极组件，其特征在于，还包括：阴极绝缘套环，套接在所述阴极接线柱与所述阴极安装孔之间。5.根据权利要求4所述的阴极组件，其特征在于，所述阴极绝缘套环的上边缘具有周向凸缘，所述周向凸缘卡接在所述阴极安装孔的上边沿，所述阴极接线螺母位于所述周向凸缘的上方。6.根据权利要求2所述的阴极组件，其特征在于，所述第一桶体上方设置有开口向下的第二桶体，所述第二桶体的顶部端面上开设有棒材安装孔，所述金属棒材经由所述棒材安装孔固定在所述第二桶体中；其中，当所述第二桶体浸入所述第一桶体内盛放的所述溶液中时，所述第二桶体浸入所述溶液的部分置于所述阴极环的中央，从而使得金属棒材浸入所述溶液的部分置于所述阴极环的中央。7.根据权利要求6所述的阴极组件，其特征在于，所述棒材安装孔内插设有阳极接线柱，所述金属棒材插设在所述阳极接线柱的轴向通孔中并经由套设在所述阳极接线柱的端部上的棒材紧固螺母固定在所述阳极接线柱的轴向通孔中。8.根据权利要求7所述的阴极组件，其特征在于，所述阳极接线柱的端部上开设有轴向开口，当所述棒材紧固螺母拧紧所述阳极接线柱时，所述轴向开口收敛，使得所述阳极接线柱的轴向通孔的内径收缩，从而使金属棒材固定在所述阳极接线柱的轴向通孔内。9.根据权利要求1所述的阴极组件，其特征在于，所述溶液中包含氢氧化钠，所述溶液中设有氢氧根离子浓度传感器，所述氢氧根离子浓度传感器用于监测溶液中的氢氧根离子浓度。10.根据权利要求1所述的阴极组件，其特征在于，所述阴极环由石墨制成。

技术总结
本实用新型公开了用于制备离子阱针形电极的阴极组件，其包括：阴极接线柱，竖直地设置且部分地浸入在用于腐蚀金属棒材的溶液中；阴极环，垂直地固定在所述阴极接线柱向下的一端，以悬置在所述溶液中，包围所述金属棒材，其中，所述金属棒材连接至电源的正极，所述阴极接线柱连接至电源的负极，以使所述金属棒材浸入所述溶液的部分与所述溶液发生电化学反应。本实用新型能够使得浸入溶液中的金属棒材在周向上被腐蚀更加均匀，进而提升离子阱针形电极的制备精度。极的制备精度。极的制备精度。


技术研发人员：苏东波 周卓俊 韩琢 罗乐
受保护的技术使用者：国开启科量子技术（北京）有限公司
技术研发日：2023.02.16
技术公布日：2023/7/23