Circuitos integrados Quantum escalonáveis na plataforma bidimensional de gás elétron supercondutor

Figura 2 a mostra a imagem do microscópio eletrônico de varredura (sem) do dispositivo 1. Um circuito quântico com 20 fios elétricos pode ser visto. O projeto permite a medição de uma ou uma série de JJs em um chip em um refrigerador esfriar-down. A imagem de SEM de uma junção no circuito do dispositivo 2, que foi fabricada por litografia de feixe e, é mostrada na Figura 2b. A distância entre dois filmes NB em cada lado da junção NB-in0,75GA0,25as-nb é L= 550 nm no caminho mais curto. Figura 2 c mostra a imagem de sem de uma junção do dispositivo 1-que é fabricada fotolitograficamente. Aqui, os dois eletrodos NB são separados por uma distância de L= 850 nm. A teoria de Blonder – Tinkham – Klapwijk (BTK) é um modelo aceitável para descrever o transporte quântico em junções híbridas S-SM27. A influência dos parâmetros da ordem do supercondutor em 2DEG semicondutor resulta em uma condutância diferencial não linear. Em baixas temperaturas, há dois mecanismos possíveis da reflexão no NB-em0,75GA0,25como relações: reflexão normal que não causa nenhuma transmissão da carga através da relação e dos reflexos do Andreev, que transmite a carga dois Quanta 2e, com o retroreflection de um furo23,24,25. Como o condensado supercondutor consiste de spin singlet Cooper pares, o furo refletido tem a rotação oposta como o elétron de entrada. O diagrama dos desenhos animados desses dois processos é mostrado na Figura 3a, b, respectivamente28. Se a interface entre o NB e em0,75GA0,25como contato não é transparente, há coexistência de ambos os elétrons normais e Andreev refletida. Assim, a resistência aumenta e um pico de zero-viés dentro da lacuna é formado. Tal pico em-Gap no DV/di (VSD) não é observado em nossas junções. Entretanto, para uma relação homogênea e livre de barreira (Z= 0) entre a película do NB e em0,75GA0,25como o contato, todos os elétrons do incidente submetem-se à reflexão de Andreev. Em tal circunstância, um excesso atual Iexc é dado forma na junção devido às correlações de elétron-e furo-como quasipartículas. Conseqüentemente, a resistência diferencial dentro da abertura é reduzida e um mergulho liso da U-forma em DV/di (VSD) é observado. De acordo com o modelo BTK, pode-se inferir que nenhuma barreira de tunelamento formada no NB-in0,75GA0,25como interfaces de ambos os dispositivos. Portanto, estima-se que a força da barreira seja Z < 0,2 em nossas junções23,24,25. Por causa do efeito de proximidade, o Gap induzido de aproximadamente ΔInd ≈ 100 μev, e 650 μev são medidos nos dispositivos 1 e 2, respectivamente. A dependência de temperatura induziu uma lacuna supercondutora com picos e mergulhos de estruturas de Gap de energia subharmônicas pronunciadas (SGS) para o dispositivo 1 são mostrados na Figura 4a. As reflexões múltiplas de Andreev (MAR) nas relações do NB-em0,75GA0,25como o resultado da junção na observação do GV na condutância diferencial. Na temperatura medida mais baixa T= 50 MK (curva vermelha), o GV aparece com três picos (nomeados como P1, P2 e P3) e três mergulhos (nomeados como D1, D2 e D3). A evolução da temperatura dos picos e dos mergulhos devido à supressão da supercondutividade induzida com aumento de temperatura é mostrada na Figura 4b. As posições máximas da SGS obedecem à expressão V = 2δ/ne (δ é a energia do Gap NB, n = 1, 2, 3,… é um inteiro, e é a carga do elétron): P1, P2, P3 e P4 as posições correspondem aproximadamente a 2δ/3E, 2δ/4e, 2δ/6e e a borda induzida da abertura mas as posições do mergulho não seguem a expressão. Todas as características são significativamente dependentes da temperatura, e os picos os mais fortes (os mais fracos) do GV (mergulhos) são observados em T= 50 mk (800 MK). Vale ressaltar que mesmo em temperaturas acima de T= 500 MK onde a supercorrente já não pode ser vista, a SGS é observada, mas desaparece em T> 800 MK-quando a supercondutividade induzida é lavada. Para este dispositivo com a disposição de oito 2D jjs, em 4 de 7 junções, uma abertura superconduzindo duramente-induzida dentro em0,75GA0,25como 2deg foi encontrado23,24. Entretanto, três junções mostraram uma assinatura macia da abertura e nem um duro-nem uma estrutura da macio-abertura foram observados para a última junção por causa de uma falha do contato do fio entre o dispositivo e a almofada. A lacuna supercondutora em função da tensão VSD aplicada e da temperatura do dispositivo 2 é mostrada na Figura 5a. Este dispositivo foi medido em um 3ele criostato com temperatura baixa de T= 280 MK. As medições do transporte de temperatura e de campo magnético do dispositivo 2 não mostram nenhum sinal de oscilações na lacuna ou subgap que são observadas para o dispositivo 1 (ver Figura 5a, b). Isso pode ser devido à geometria em forma de seta da junção que pode causar interferência destrutiva do MAR. Tais características podem aparecer na condutância diferencial se o dispositivo é medido em temperaturas muito mais baixas (temperatura da base do refrigerador da diluição). A lacuna induzida é suprimida e movida em direção a um viés de tensão zero e suas amplitudes diminuem com o aumento da temperatura aplicada e do campo magnético. Figura 1 . Em0,75GA0,25as/em0,75Al0,25as/GaAs heterostructure. A visão esquemática da heterojunção onde um in0,75GA0,25como Quantum bem com 30 nm espessura é formada \u2012120 nm abaixo da superfície Wafer. NB foi usado como os contatos supercondutores (mostrados em preto) para formar um NB híbrido e balístico-em0,75GA0,25como 2Deg-NB Josephson Junction. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura. Figura 2 : Circuitos quânticos supercondutores híbridos em chip. (a) imagem sem do dispositivo qics mostrando uma visão superior de um circuito quântico com 20 fios de controle, e 8 jjs planar e simétrico em um chip. A imagem SEM de NB-in0,75GA0,25as-NB jjs com um em0,75GA0,25como 2deg gap de comprimento L= 550 nm e 850 nm para e-Beam Litograficamente (b) e fotolitograficamente (c) junções fabricadas . Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura. Figura 3 . Reflexões normais e Andreev em cruzamentos híbridos supercondutores-semicondutores. (a) reflexão specular do Quasipartícula sem a transmissão da carga através da relação. (b) reflexão de Andreev visto que o elétron entrante é refletido como um furo na secundário-faixa oposta da rotação e transfere a carga 2e no elétrodo superconduzindo. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura. Figura 4 . Supercondutividade induzida e SGS em0,75GA0,25como poços quânticos em junção fotolitograficamente fabricada. (a) a dependência da temperatura induziu a abertura superconduzindo com os picos PRONUNCIADOS do GV devido às reflexões múltiplas de Andreev. O GV e os picos induzidos da borda da abertura, são marcados por P1 a P4 Quando os mergulhos do GV forem marcados por D1 a D3. (b) os picos e mergulhos da SGS mostrados em (a) em função da temperatura. SGS são suprimidos significativamente em T&Gt; 400 MK levando a uma mudança em direção a zero viés. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura. Figura 5 . A temperatura e a dependência do campo magnético da supercondutividade induzida no e-feixe Litograficamente fabricou junções. (a) Gap supercondutor induzido versus tensão de drenagem de fonte aplicada VSD a temperaturas entre 300 MK e 1,5 K. As curvas são verticalmente compensadas para maior clareza. (b) cor-codificado resistência diferencial em função de VSD e perpendicular campo magnético em T= 300 MK. Por favor clique aqui para ver uma versão maior desta figura.