Circuiti integrati quantistici scalabili sulla piattaforma di gas elettronico a due dimensioni superconduttori

Figura 2 a mostra l’immagine sem (scansione dell’elettroscope) del dispositivo 1. Si può vedere un circuito quantistico con 20 fili elettrici. Il design permette la misurazione di uno o una serie di JJ su un chip in un frigorifero. L’immagine SEM di una giunzione sul circuito del dispositivo 2, che è stata fabbricata dalla litografia del fascio di e, è illustrata nella Figura 2b. La distanza tra due film Nb in ogni lato del junction Nb-In0,75Ga0,25As-Nb è L- 550 nm nel percorso più breve. Figura 2 c mostra l’immagine SEM di una giunzione del dispositivo 1- che è fotolitograficamente fabbricata. In questo caso, i due elettrodi Nb sono separati da una distanza di L- 850 nm. La teoria Blonder-Tinkham-Klapwijk (BTK) è un modello accettabile per descrivere il trasporto quantistico nelle giunzioni ibride S-Sm27. L’influenza dei parametri di ordine dei superconduttori nel 2DEG semiconduttore determina una conduttanza differenziale non lineare. A basse temperature, ci sono due possibili meccanismi di riflessione al Nb-In0.75Ga0.25Come interfacce: riflessione normale che non provoca alcuna trasmissione di carica attraverso l’interfaccia e le riflessioni di Andreev, che trasmette due cariche quanti 2e, con la retroriflessione di un foro23,24,25. Poiché il condensato superconduttore è costituito da coppie di Cooper singoli di spin, il foro riflesso ha lo spin opposto dell’elettrone in entrata. Il diagramma cartoon di questi due processi è illustrato nella figura 3a,b, rispettivamente28. Se l’interfaccia tra la Nb e In0.75Ga0.25Poiché il contatto non è trasparente, c’è coesistenza di elettroni riflessi sia normali che Andreev. Così, la resistenza aumenta e si forma un picco di distorsione zero all’interno del divario. Tale picco in-gap nel dV/dI (VSD) non è osservato nelle nostre giunzioni. Tuttavia, per un’interfaccia omogeneae priva di barriere (n. 0) tra la pellicola Nb e In0.75Ga0.25Come contatto, tutti gli elettroni incidenti subiscono la riflessione di Andreev. In tali condizioni, una corrente in eccesso Iexc si forma nella giunzione a causa di correlazioni di quasiparticelle elettrone e foro. Pertanto, la resistenza differenziale all’interno del divario è ridotta e si osserva un tuffo piatto a forma di U in dV/dI (VSD). Secondo il modello BTK, si può dedurre che nessuna barriera di tunneling formata al Nb-In0.75Ga0.25Come interfacce di entrambi i dispositivi. Di conseguenza, si stima che la resistenza della barriera sia di < 0,2 nei nostri incroci23,24,25. A causa dell’effetto di prossimità, lo spazio indotto di circa 100 e 650 eV viene misurato rispettivamente nei dispositivi 1 e 2. Il divario superconduttore indotto dalla dipendenza dalla temperatura con marcate strutture di gap di energia subarmonica (SGS) e cali per il dispositivo 1 sono mostrati nella Figura 4a. Le riflessioni multiple di Andreev (MAR) alle interfacce del Nb-In0.75Ga0.25Come giunzione portano all’osservazione di SGS nella conduttanza differenziale. Alla temperatura misurata più bassa T- 50 mK (curva rossa), l’SGS appare con tre picchi (denominati P1, P2 e P3) e tre tuffi (denominati d1, d2 e d3). L’evoluzione della temperatura dei picchi e delle tuffi dovuta alla soppressione della superconduttività indotta con aumento di temperatura è illustrata nella Figura 4b. Le posizioni di picco SGS obbediscono all’espressione V : 2 , 2 , ovvero l’energia del gap nb, n , 1, 2, 3, … è un numero intero, ed e è la carica dell’elettrone): P1, P2, P3 e P4 posizioni corrispondono approssimativamente a 2 s/3e, 2z/ 4e e il bordo gap indotto, ma le posizioni di tuffo non seguono l’espressione. Tutte le caratteristiche dipendono dalla temperatura e i picchi SGS (tuff) più forti (più deboli) sono osservati a Te 50 mK (800 mK). Vale la pena ricordare che anche a temperature superiori a T- 500 mK dove la supercorrente non può più essere vista, l’SGS si osserva ma scompare a T> 800 mK- quando la superconduttività indotta viene sbiadita. Per questo dispositivo con una serie di otto JJ 2D, in 4 giunzioni su 7, un divario superconduttore indotto in In0.75Ga0.25Come 2DEG è stato trovato23,24. Tuttavia, tre giunzioni hanno mostrato una firma soft gap e non è stata osservata una struttura hard- né una struttura soft-gap per l’ultima giunzione a causa di un guasto di contatto del filo tra il dispositivo e il pad. Il divario superconduttore in funzione della tensione VSD applicata e della temperatura del dispositivo 2 è illustrato nella Figura 5a. Questo dispositivo è stato misurato ad un 3Egli criostato con temperatura di base di T280 mK. La temperatura e le dipendenze del campo magnetico trasportano le misurazioni del dispositivo 2 non mostrano alcun segno di oscillazioni in-gap o sub-gap che si osservano per il dispositivo 1 (vedere figura 5a, b). Ciò potrebbe essere dovuto alla geometria a forma di freccia della giunzione che può causare interferenze distruttive del MAR. Tali caratteristiche potrebbero apparire nella conduttanza differenziale se il dispositivo è misurato a temperature molto più basse (temperatura di base frigorifero di luito). Il divario indotto viene soppresso e spostato verso una distorsione di tensione zero e le loro ampiezze diminuiscono con un ulteriore aumento della temperatura applicata e del campo magnetico. Figura 1 . In0,75Ga0,25A/In0,75Al0,25As/GaAs eterostruttura. Sotto la superficie del wafer si forma una visione schematica dell’eterogiunzione in cui si forma un In0.75Ga0.25Come quantum ben con spessore di 30 nm, sotto la superficie del wafer. Nb è stato utilizzato come contatti superconduttori (mostrati in nero) per formare un ibrido e balistico Nb–In0.75Ga0.25Come 2DEG-Nb Josephson giunzione. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Figura 2 : circuiti quantistici ibridi superconduttori-semiconduttori on-chip. (un) Immagine SEM del dispositivo QIC che mostra una vista superiore di un circuito quantistico con 20 fili di controllo e 8 JJ planari e simmetrici su un chip. L’immagine SEM di Nb-In0.75Ga0.25As-Nb JJs con un In0.75Ga0.25Come 2DEG di lunghezza L- 550 nm e 850 nm per e-beam litograficamente (b) e fotolisitograficamente (c) giunzioni fabbricate . Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Figura 3 . Riflessioni normali e andreev in giunzioni ibride superconduttrici-semiconduttrici. (a) Riflessione di quasiparticelle speculari senza trasmissione di carica attraverso l’interfaccia. (b) Riflessione di Andreev mentre l’elettrone in entrata viene riflesso come un buco nella sottobanda opposta e trasferisce la carica 2e nell’elettrodo superconduttore. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Figura 4 . La superconduttività e la SGS in In0,75Ga0,25Come pozzi quantici in giunzione fotolitograficamente fabbricata. (a) Dipendenza dalla temperatura indotta divario superconduttore con picchi SGS pronunciati a causa di molteplici riflessi Andreev. L’SGS e i picchi di bordo gap indotti, sono contrassegnati da P1 a P4, mentre i cali SGS sono contrassegnati da d1 a d3. (b) I picchi e i tuffi SGS mostrati nella (a) in funzione della temperatura. SGS sono soppressi in modo significativo a T> 400 mK che porta a uno spostamento verso la distorsione zero. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura. Figura 5 . La temperatura e la dipendenza dal campo magnetico della superconduttività indotta nelle giunzioni litograficamente fabbricate a fascio e-beam. (a) Divario superconduttore indotto rispetto alla tensione di drenaggio della sorgente applicata a VSD a temperature comprese tra 300 mK e 1,5 K. Le curve vengono sfalsate verticalmente per maggiore chiarezza. (b) Resistenza differenziale codificata a colori in funzione del VSD e del campo magnetico perpendicolare a Te 300 mK. Fare clic qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.