本公開涉及摻雜稀土的透明陶瓷及其制作方法。

背景技術：

1、量子內(nèi)存已經(jīng)成為量子通信和量子計算的應用中的一個熱門研究領域。在量子通信中，一個關鍵研究領域是量子中繼器系統(tǒng)的創(chuàng)建，而量子內(nèi)存構成此類系統(tǒng)的重要元件。量子內(nèi)存的與量子通信和量子計算都相關的另一個應用是單光子源，它利用量子內(nèi)存存儲來自概率性源的光子狀態(tài)，用于稍后在確定性觸發(fā)下釋放。

2、摻雜鉺的材料是用于量子內(nèi)存的理想候選材料。鉺內(nèi)存使用1.5?μm電信頻帶中的光子工作，且研究表明，內(nèi)存狀態(tài)壽命（t2）可長達毫秒級，符合量子中繼器系統(tǒng)的要求。在過去，通常已用晶體材料實現(xiàn)了量子狀態(tài)壽命的最佳性能，而最近已經(jīng)展示，多晶陶瓷材料中的壽命可以與單晶裝置中的壽命相當。舉例來說，可例如使用熱等靜壓（hot?isostaticpressing，hip）工藝制作既能維持長量子狀態(tài)壽命同時有益地也光學透明的摻雜鉺的陶瓷材料。hip工藝雖然生產(chǎn)高質(zhì)量材料，但速度較慢，并且需要相對昂貴的設備。此外，hip的長處理時間和高溫使得材料內(nèi)的元素大范圍擴散，這限制了制作在整個材料中具有組合物梯度的陶瓷材料的能力。舉例來說，為了構造作為用于量子系統(tǒng)的有用結構的波導，組合物梯度可為合乎需要的。

技術實現(xiàn)思路

技術特征：

1.一種形成摻雜稀土的透明多晶陶瓷材料的方法，所述方法包括：

2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中通過在鍋爐中加熱所述樣本并逐漸升高所述鍋爐的溫度直到所述電流開始流過所述樣本來產(chǎn)生所述電流，且其中在所述不超過十分鐘的持續(xù)時間結束時斷開所述鍋爐和所述電場。

3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中對所述樣本進行閃速燒結達不超過一分鐘的持續(xù)時間。

4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中對所述樣本進行閃速燒結達不超過二十秒的持續(xù)時間。

5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中在所述閃速燒結期間所述樣本的溫度不超過1300℃。

6.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述摻雜稀土的透明多晶陶瓷材料具有亞微米平均晶粒尺寸。

7.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述摻雜稀土的納米顆粒具有小于100?nm的平均直徑。

8.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述摻雜稀土的納米顆粒具有小于50?nm的平均直徑。

9.根據(jù)權利要求8所述的方法，其中所述摻雜稀土的透明多晶陶瓷材料具有小于100nm的平均晶粒尺寸。

10.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中合成所述摻雜稀土的納米顆粒包括：

11.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中合成所述摻雜稀土的納米顆粒包括：

12.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中所述第一金屬化合物包括過渡金屬鹽或過渡金屬絡合物，且其中所述稀土金屬化合物包括稀土金屬鹽或稀土金屬絡合物。

13.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述納米顆粒是摻雜鉺的氧化釔納米顆粒。

14.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述摻雜稀土的納米顆粒包括第一稀土摻雜劑和第二稀土摻雜劑。

15.根據(jù)權利要求14所述的方法，其中所述第一稀土摻雜劑是鉺，且所述第二稀土摻雜劑包括鑭、鈧、镥或釓中的一者或多者。

16.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述摻雜稀土的透明多晶陶瓷材料包括在整個多晶金屬化合物基質(zhì)中分布的稀土摻雜劑。

17.根據(jù)權利要求16所述的方法，其中至少80%的所述稀土摻雜劑在所述多晶金屬化合物基質(zhì)的晶粒內(nèi)部遠離晶界定位。

18.根據(jù)權利要求16所述的方法，其中至少95%的所述稀土摻雜劑在所述多晶金屬化合物基質(zhì)的晶粒內(nèi)部遠離晶界定位。

19.根據(jù)權利要求1所述的方法，所述方法進一步包括在閃速燒結之前將所述摻雜稀土的納米顆粒的所述樣本壓制成粒料。

20.根據(jù)權利要求1所述的方法，所述方法進一步包括將所述摻雜稀土的納米顆粒的所述樣本分散到漿料中，且在閃速燒結之前將所述漿料澆鑄成膜。

21.一種透明摻雜稀土的多晶陶瓷材料，所述透明摻雜稀土的多晶陶瓷材料包括：

22.根據(jù)權利要求21所述的透明摻雜稀土的多晶陶瓷材料，其中所述金屬化合物基質(zhì)包括氧化釔，且其中所述摻雜劑包括鉺。

23.根據(jù)權利要求21所述的透明摻雜稀土的多晶陶瓷材料，其中所述金屬化合物基質(zhì)包括氧化釔，且其中所述摻雜劑包括鉺和鑭、鈧、镥或釓中的一者或多者。

24.根據(jù)權利要求21所述的透明摻雜稀土的多晶陶瓷材料，其中所述金屬化合物基質(zhì)包括氧化鈰（ceo2）、正釩酸釔（yvo4）、釔鋁石榴石（y3al5o12）、硅酸釔（y2sio5）、鈦酸釔（y2ti2o7）、氧化鈣鎢（cawo4）、氧化鍶鎢（srwo4）、三氟化鑭（laf3）或氟化釔鋰（liyf4）中的一者。

25.根據(jù)權利要求21所述的透明摻雜稀土的多晶陶瓷材料，其中所述金屬化合物基質(zhì)具有非對稱晶體結構。

26.根據(jù)權利要求25所述的透明摻雜稀土的多晶陶瓷材料，其中所述金屬化合物基質(zhì)包括正硅酸釔（y2sio5）。

27.所述的透明摻雜稀土的多晶陶瓷材料，其中所述稀土摻雜劑的濃度高于所述金屬化合物基質(zhì)中的所述稀土摻雜劑的溶解度。

28.一種制作分層陶瓷波導結構的方法，所述方法包括：

29.根據(jù)權利要求28所述的方法，其中所述第一金屬化合物納米顆粒包括氧化釔納米顆粒，且所述第二金屬化合物納米顆粒包括摻雜有鉺和鑭、鈧、镥或釓中的一者或多者的氧化釔納米顆粒。

技術總結
對摻雜稀土的納米顆粒進行溶液合成并隨后對所述納米顆粒進行閃速燒結可以產(chǎn)生具有有益光學和/或機械性質(zhì)的摻雜稀土的透明多晶陶瓷，所述有益光學和/或機械性質(zhì)例如低光學損耗、高光學相干性、高折射率可控性和/或高機械強度。在一個實例應用中，可以制造用于量子內(nèi)存裝置的高質(zhì)量摻雜鉺的氧化釔。

技術研發(fā)人員：大衛(wèi)·奧古斯特·斯尼澤克·洛伯,張海濤
受保護的技術使用者：康寧公司
技術研發(fā)日：
技術公布日：2025/5/29