JoVE Journal > Engineering
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
공학

Superiletken Iki boyutlu elektron gazı platformunda ölçeklenebilir kuantum entegre devreler

Published: August 02, 2019
doi:
10.3791/57818
, , , , , , , , , , ,
1Centre for Advanced Photonics and Electronics, Engineering Department,University of Cambridge, 2Department of Physics, Cavendish Laboratory,University of Cambridge, 3Department of Electronic and Electrical Engineering,University College London, 4Department of Materials Science and Metallurgy,University of Cambridge, 5Department of Electronic and Electrical Engineering,University of Sheffield

Summary

2 boyutlu elektron gazı (2DEG) olarak0,75GA0,25‘ a dayanan düzlemsel ve balistik Josephson kavşak (JJs) dizisinden oluşan kuantum entegre devreler (qıcs) gösterilmiştir. İki boyutlu (2D) JJs ve Qıcs üretiminde iki farklı yöntem, alt Kelvin sıcaklıklarda kuantum taşıma ölçümlerinin gösterilmesi sonrasında tartışılmaktadır.

Abstract

Hibrit Superconductor-Yarıiletken (S-SM) kavşkında tutarlı bir kuantum taşımacılığı oluşturmak için iki farklı malzeme arasında homojen ve bariyer içermeyen bir arayüz oluşturulması gereklidir. Yüksek arayüz saydamlığı ile S-SM kavşak daha sonra topolojik fazları (TPS) ve Majorana sıfır gibi egzotik Sankiparçacıklar gözlem erişmek için anahtar gereksinimi olan indüklenen sert süperiletken boşluğu, gözlem kolaylaştıracaktır modları (MZM), hibrid sistemlerde. TPs gözlem destekleyebilir ve karmaşık ve dallanmış geometrilerin gerçekleştirilmesi sağlayan bir malzeme platformu bu nedenle son derece kuantum işleme ve Bilişim bilimi ve teknoloji talep ediyor. Burada, iki boyutlu bir malzeme sistemi tanıtmak ve iki boyutlu elektron gazı (2DEG) Yarıiletken bir hibrid kuantum entegre devre (QıC) temeli olan yakınlık indüklenmiş Süperiletkenlik çalışma. 2DEG bir 30 Nm kalın0,75GA0,25olarak iki arasında gömülür Quantum iyi olarak0,75Al0,25bir heterostructure engelleri olarak. Niobium (NB) Filmler, simetrik, düzlemsel ve balistik olarak NB-ın0,75GA0,25as-NB Josephson kavşaklar (JJs) oluşturmak için Superiletken elektrotlar olarak kullanılmaktadır. JJs ve Qıcs ‘yi oluşturmak için iki farklı yaklaşım kullanılmıştır. Uzun kavşak photolithographically imal edildi, ama e-ışın litografi kısa kavşak ‘ imalat için kullanıldı. Manyetik alan B varlığı/yokluğunda sıcaklık bir fonksiyon olarak tutarlı kuantum taşıma ölçümleri tartışılmaktadır. Her iki cihaz imalat yaklaşımlarda, yakınlık indüklenen süperiletken özellikleri içinde0,75GA0,25olarak 2deg gözlenen. Bu e-ışın lithographically desenli JJs daha yüksek sıcaklık aralıkları indüklenmiş süperiletken boşluğu gözlem sonucu daha kısa uzunlukları bulunmuştur. Tekrarlanabilir ve temiz olduğunu düşündürmektedir sonuçlar Hybrid 2D JJs ve Qıcs dayalı0,75GA0,25Quantum Wells olarak gerçek karmaşık ve ölçeklenebilir elektronik ve fotonik kuantum gerçekleştirmek için umut verici bir malzeme platformu olabilir Devreler ve cihazlar.

Introduction

Bir Josephson kavşak (JJ) iki süperiletkenler1arasında bir süper iletken olmayan (normal) malzeme ince bir tabaka sandviç tarafından oluşturulur. Çeşitli roman kuantum elektronik ve fotonik devreler ve cihazlar JJs dayalı inşa edilebilir2,3,4,5,6,7,8, 9,10,11,12,13,14,15,16. Aralarında, onların olmayan Superconductor olarak Yarıiletken ile JJs (normal) parçası, ya da süperiletken-Yarıiletken-süperiletken (S-SM-S) JJs, egzotik Majorana partiküllerin sözde tespiti sonra son yıllarda çok dikkat aldık bir Superconductor ve bir yarıiletken tek boyutlu (1D) nanotel17,18,19,20,21 arayüzünde sıfır elektrik şarj 22. Nanotel tabanlı hibrid cihazlar nanotel ve üretim Y ve/veya T-yapıların 1D geometrisi ile sınırlıdır-Majorana örgü için gerekli bir gereksinimi-zorlu22. Nanowire ‘s kimyasal potansiyelinin ince ayarlama, topolojik aşamalara erişmek için, nano teller dışında karmaşık cihaz imalat sorunları oldukça çok neden birkaç Electrostatik kapıları ile JJs gerektirir. 1D kabloların ölçeklenebilirlik sorunlarının üstesinden gelmek için, iki boyutlu (2D) malzeme platformları çok arzu edilir19,22.

2D malzemeler arasında, iki boyutlu elektron gazı (2DEG) platformu-elektronlar bir yarıiletken heterostructure iki farklı malzeme arasında bir arayüz ile sınırlıdır formları-en umut vaat eden aday22. Süperiletkenler ile 2deg kombinasyonu ve hibrid 2D JJs şekillendirme topolojik kuantum işleme ve bilgi işlem gibi yeni nesil ölçeklenebilir kuantum sistemlerinin geliştirilmesi doğru bir cadde açar. Onlar faz tutarlı kuantum taşıma destekleyebilir, ve yüksek iletim olasılığı ile yakınlık indüklenmiş Süperiletkenlik, topolojik faz gözlem için temel gereksinimi olan. Bu bağlamda, 20 tel ile kontrol edilebilir balistik 2D JJs dizisi oluşan bir çip üzerinde bir QıC göstermek. Her kavşak süper iletken parçası olarak iki NB elektrotlar vardır ve Içinde0,75GA0,25kuantum kuyuları olarak bir yarıiletken heterojunction normal parçası olarak. Gofret karmaşık yapıları ve ağa bağlı qıcs ‘yi oluşturmak için kolayca desenli olabilir.

In0,75GA0,25olarak 2deg avantajları şunlardır: (i) nispeten büyük g-Factor, (ii) güçlü rashba spin-Orbit kavrama, (iii) düşük elektron etkili kütle, ve (iv) bu ındum kompozisyon oluşumu izin ayarlanabilir yüksek arayüz şeffaflık23,24,25ile JJs. Gofret 10 cm dimeter ‘lik bir disk olarak yetiştirilebilir ve bu kuantum cihazlarının ölçeklenebilirlik zorluklarının üstesinden gelmek için binlerce hibrid 2D JJs ve karmaşık qıcs ağının üretimini sağlar.

Biz cihaz üretimleri için iki farklı yaklaşımlar tartışmak: cihaz 1, sekiz özdeş ve simetrik JJs 850 nm uzunluğunda ve 4 μm genişlikleri içeren bir devre fotolitografi tarafından desenli23,24. Cihaz 2 farklı uzunluklarda sekiz kavşak içerir. Hepsi 3 μm genişliğine sahiptir. JJs e-bam litografi tarafından desenli25. Alt Kelvin sıcaklık aralıklarında taşıma ölçümleri devamsızlık/manyetik alan varlığı sunulacak. Çip üzerinde QICs 2D NB-ın0,75GA0,25as-NB JJs dizisi oluşur. Uzun ve kısa kavşaklarla ölçülen bir seyreltme buzdolabında 40 bir baz sıcaklığı ile MK ve sıvı 3o soğutmalı kriyostat bir temel sıcaklık ile 300 MK, sırasıyla. Cihazlar DC voltaj önyargı kavşağına üst üste konulan 70 Hz ‘de 5 μV ‘lik bir ACsinyali ile önyargılı. İki terminalin standart Lock-ın tekniği, AC-akım23,24,25cihaz çıkışını ölçmek için kullanılır.

Protocol

Not: Yarıiletken heteroyapı ve melez S-SM Josephson kavşak imalatı sunulmaktadır. 1. yarıiletkenleme heterostructure imalat Not: kuantum kuyuları olarak0,75GA0,25yılında yetiştirilen moleküler ışın epitaxy (MBE) Bu çalışmada23,24,25,26kullanılır. Şekil 1 farklı katmanların dizisini gösterir: 500 μm kalınlığında, 3 inç yarı yalıtım (001) GaAs substrat temizleyin ve yüksek sıcaklıkta oksit tabakasını çıkarın (200 °C ‘ nin üstünde)26. 580 °C ‘ de büyüme sıcaklığını ayarlayın ve 50/75/250 Nm26kalınlıklarla GaAs/AlAs/GaAs filmlerinin tampon katmanını büyütün. 20 dakika substrat sıcaklığı aşağı rampa ve daha sonra T = 416, 390, 360, 341, 331 ve 337 °c26başlangıç substrat sıcaklıklarında bir 1300 nm kalınlığı ile ınalas bir adım dereceli tampon tabakası büyümek. Grow bir 30 Nm kalın Içinde0,75GA0,25olarak Quantum Well 2deg biraz daha yüksek substrat sıcaklığı26. Kapak 2deg Quantum iyi bir 60 Nm ile0,75Al0,25spacer olarak, ve sonra modülasyon Dope gofret bir 15 Nm kalın bir n-tip içinde0,75Al0,25olarak. Bu, karanlık26’ da iletkenliği garanti edecektir. 2 Nm26kalınlığı Ile ingaas bir kap tabakası takip katman olarak0,75Al0,25bir 45 nm büyümeye. T= 1,5 K26sıcaklığındaki elektron yoğunluğunu (ns) ve mobilite (μe) bulmak Için shubnikov-de Haas osilasyonlarının ve salon efektinin ölçümünü gerçekleştirin. Taşıma ölçümlerinden, karanlıkta ns= 2,24 × 1011 (cm-2) ve μe= 2.5 × 105 (cm2/vs) ama ns= 2.28 × 1011 (cm -2) ve μe= 2,58 × 105 (cm2/vs) sonra aydınlatma. 2. iki boyutlu Josephson kavşak imalatı Not: burada, hibrid qics iki farklı yaklaşımlar ile imalat süreci tartışılmaktadır23,24,25. Sekiz özdeş uzun Josephson kavşakları ile cihaz 1 sadece fotolitografi işleme birkaç adım ile imal edilmiştir. İkinci cihaz imalat prosedürü, e-ışın-litografinin kullanıldığı adım olan JJs oluşumuna kadar cihaz 1 ‘ e benzer. AutoCad yazılımını25kullanarak Mesa ve ohm desenleri dahil olmak üzere JJs ve QIC cihaz düzenini çizin. Katman seçici menüsünü oluşturmak için uygun katmanları seçerek çizimi başlatın. Biçimden yeni bir katman oluşturma | AutoCAD yazılımında katman. Fotolitografi maskesini Tasarla ve imal etme. Yazılımla ilgili panel menüsünden istediğiniz şekilleri ve geometrileri seçin. JJs (yani, dikdörtgenler, kareler) istenilen şekle tıklayın ve şekli başlatmak için çizim penceresini itmek (daha fazla ayrıntı için AutoCAD yazılımı Yardım menüsünde tıklayın). Desen JJs ve QICs tasarımları, gofret üzerinde fotoryonist geliştirdikten sonra, ve Mesa yapıları aktif bölge olarak hareket etmek için imal ( Şekil 1’ de yükseltilmiş alan) ıslak-Etch tarafından asit çözümleri h2so4: h2o2 : (1:8:1000)23,24,25. Cihazı 30 sn için dı suyunda durulayın ve azot gazı ile kurutun. Dektak yüzey Profiler23,24,25tarafından ~ 150 nm bir Etch derinliği sağlamak. Form ohm değeri kontaklar, metal ve 2deg arasında elektrik temas yapmak için, gofret üstüne fotoryonist iplik ve bir fotoğraf maskesi ile UV ışığa maruz kalma. Güçlendirmek MF-319 için 1 dk. ince bir tabaka mevduat, arasında 50 nm ve 100 Nm altın/germanyum/nikel (augeni) alaşım üzerinde direnç desenli örnek23,24,25. Etch a \u2012 140 nm derin hendek üzerinde etkin bölgenin üst kısmında 2D JJs ya photolithographically (cihaz 1) veya e-ışın lithographically (cihaz 2) desen ve ıslak-asit yukarıda açıklanan (JJs çok ohm değeri kontakları, bir mesafe oluşturulmalıdır > 100 μm, bu parçanın normal elektronların kavşağın arayüzlerine etkisi olmadığını sağlamak için)23,24,25. Bir \u2012130 nm süperiletken NB filmi oluşturmak için NB-ın0,75GA0,25as-NB JJs (DC magnetron tarafından ar plazma içinde dökülme), Mevduat 10/50 nm kalın ti/au filmleri elektrik kontakları ve taşıma ölçümü amacıyla. GE vernik kullanarak cihazı standart elektrotsuz çip taşıyıcısına (LCC) aktarın ve yükleyin ve altın teller kullanarak cihaz ile LCC pedleri arasında elektrik kontaklarını yapın. Taşıma ölçümleri için 3o kriyostat veya seyreltme buzdolabında cihazları yükleyin.

Representative Results

Şekil 2 a cihazın Tarama elektron mikroskobu (SEM) görüntüsünü gösterir 1. 20 elektrik teli olan bir kuantum devresi görülebilir. Tasarım bir buzdolabı serin-Down bir çip üzerinde JJs bir veya dizi ölçümü sağlar. E-ışın litografi ile imal edilen cihaz 2 devresinde bir kavşağın SEM görüntüsü Şekil 2b’de gösterilir. NB-ın0,75GA0,25as-NB kavşağının her tarafında iki NB film arasındaki mesafe en kısa yolda L= 550 nm ‘dir. Şekil 2 c cihaz 1 BIR kavşak SEM görüntüsünü gösterir-hangi photolithographically fabrikasyon. Burada, iki NB elektrotlar L= 850 nm mesafesine ayrılır. Blonder-Tinkham-Klapwijk (BTK) teorisi hibrid S-SM kavşakta kuantum taşımacılığı açıklamak için kabul edilebilir bir modeldir27. 2DEG Yarıiletken içinde Superconductor sipariş parametrelerinin etkisi doğrusal olmayan diferansiyel iletkenlik sonuçlanır. Düşük sıcaklıklarda, iki olası yansıma mekanizmaları vardır NB-ın0,75GA0,25olarak arabirimler: normal yansıma hangi arayüz ve Andreev yansımaları aracılığıyla hiçbir şarj iletim neden olur, hangi iki şarj iletir Quanta 2e, bir deliğin retroreflektivite ile23,24,25. Süperiletken kondens spin atlet Cooper çiftleri oluşur gibi, yansıyan delik gelen elektron olarak ters spin vardır. Bu iki işlemlerin karikatür diyagramı Şekil 3a, b, sırasıyla28gösterilir. NB ve ın0,75GA0,25arasındaki arayüz şeffaf değilse, hem normal hem de Andreev ‘e yansıtılan elektronların birlikte bulunması vardır. Böylece, direnç artar ve boşluk içinde sıfır-önyargı zirve oluşur. DV/dı (VSD) içinde böyle bir boşluk zirve bizim kavşak gözlenen değildir. Ancak, bir homojen ve bariyer ücretsiz (Z= 0) NB film ve ın0,75GA0,25arasındaki arayüz iletişim olarak, tüm olay elektronlar Andreev yansıma geçmesi. Bu durumda, aşırı akım ıEXC , elektron ve delik benzeri quasiparticles korelasyonlar nedeniyle kavşakta oluşur. Bu nedenle, boşluk içinde diferansiyel direnci azalır ve DV/dı (VSD) düz bir U şekli daldırma gözlenmiştir. BTK modeline göre, her iki cihazın da arayüzleri olarak NB-ın0,75GA0,25’de hiçbir tünel bariyeri oluşturulmaz. Bu nedenle, bariyer gücü Z < 0,2 bizim kavşalar23,24,25olarak tahmin edilir. Yakınlık etkisi nedeniyle, yaklaşık ΔIND ≈ 100 μev ve 650 μev ‘in indüklenen boşluğu sırasıyla 1 ve 2 cihazlarda ölçülür. Belirgin subharmonik enerji boşluğu yapıları (SGS) zirveleri ve cihaz 1 için dips ile sıcaklık bağımlılığı indüklenen süperiletken boşluğu Şekil 4a’da gösterilir. Çoklu Andreev yansımaları (MAR), NB-ın0,75GA0,25olarak Junction, DIFERANSIYEL iletkenlik içinde SGS ‘nin gözlemlenmesi ile sonuçlanır. En düşük ölçülen sıcaklık T= 50 MK (kırmızı eğrisi) ile SGS, üç tepe (P1, P2 ve P3 olarak adlandırılır) ve üç dips (D1, D2 ve D3 olarak adlandırılır) ile görünür. Sıcaklık artışı ile indüklenen süperiletkenliğin bastırılması nedeniyle doruklarına ve dips sıcaklık evrim Şekil 4bgösterilir. SGS ‘nin zirve pozisyonları V = 2δ/ne ifadesine uyur (Δ NB Gap enerjidir, n = 1, 2, 3,… bir tamsayıdır ve e elektronik şarjdır): P1, P2, P3 ve P4 pozisyonları yaklaşık olarak 2δ/3e, 2δ/4E, 2δ/6e ve indüklenen boşluk kenarına karşılık gelir, ancak daldırma pozisyonları ifadeyi takip etmez. Tüm özellikler önemli ölçüde sıcaklığa bağlıdır ve en güçlü (zayıf) SGS zirveleri (dips) T= 50 mk (800 mk) ‘ de görülür. T= 500 MK ‘nin üstündeki sıcaklıklarda bile süper akım artık görülmediği söz konusudur, SGS gözlenen ama T> 800 MK ‘de kaybolur-indüklenen Süperiletkenlik yıkanırken. Sekiz 2D JJs dizisi ile bu cihaz için, 7 kavşaları 4 dışarı, 2deg olarak0,75GA0,25bir sert indüklenmiş süperiletken boşluğu bulundu23,24. Ancak, üç kavşak yumuşak bir boşluk imzası gösterdi ve ne zor-ne bir yumuşak boşluk yapısı cihaz ve pad arasında bir tel temas arızası nedeniyle son kavşak için gözlenen. Uygulanan VSD voltaj ve cihaz 2 sıcaklığının bir fonksiyonu olarak süperiletken boşluğu Şekil 5a’da gösterilir. Bu cihaz T= 280 MK temel sıcaklığına sahip 3o kriyostat olarak ölçülmüştür. Cihaz 2 ‘ nin sıcaklık ve manyetik alan bağımları taşıma ölçümleri, cihaz 1 için gözlenen boşluk veya alt boşluk osilasyonlarının herhangi bir işaretini göstermez (bkz. Şekil 5a, b). Bu, MAR ‘ın yıkıcı müdahaleye neden olabilecek kavşağın ok şeklindeki geometrisi nedeniyle olabilir. Bu tür özellikler, cihaz çok daha düşük sıcaklıklarda (seyreltme buzdolabı baz sıcaklığı) ölçüldüğünde diferansiyel iletkenlik içinde görünebilir. İndüklenen boşluk bastırılır ve sıfır voltaj önyargı doğru taşınır ve genlikleri daha fazla uygulanan sıcaklık ve manyetik alan artan ile azalır. Şekil 1 . İçinde0,75GA0,25as/içinde0,75Al0,25as/GaAs heterostructure. Heterokavşağın şematik görünümü burada bir ın0,75GA0,25ile kuantum iyi olarak 30 Nm kalınlığı biçimlendirilmiş \u2012120 nm gofret yüzeyinin altında. NB bir hibrid ve balistik NB-Içinde0,75GA0,25olarak 2Deg-NB Josephson kavşak oluşturmak için süper iletken kontaklar (siyah gösterilen) olarak kullanıldı. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız. Şekil 2 : Çip üzerinde hibrid süper iletken-Yarıiletken kuantum devreleri. (a) 20 kontrol telleri ve 8 düzlemsel ve simetrik JJs bir çip üzerinde bir kuantum devresinin üst görünümünü gösteren qıcs cihazın SEM görüntü. NB-ın0,75GA0,25olarak-NB jjs, bir0,750,25GA ile, 2deg uzunluğu L= 550 nm ve 850 nm e-ışın lithographically (b) ve PHOTOLITHOGRAPHICALLY (c) fabrikasyon kavşak ile SEM görüntü . Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız. Şekil 3 . Normal ve Andreev hibrit Superiletken-Yarıiletken kavşlar içinde yansımalar. (a) arayüz üzerinden hiçbir şarj iletimi ile speküler quasiparticle yansıma. (b) Andreev Reflection, gelen elektron karşıt spin alt bandında bir delik olarak yansıtılır ve 2e şarjı Superiletken elektrot içine aktarır. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız. Şekil 4 . Kaynaklı superiletkenlik ve SGS in0,75GA0,25olarak kuantum kuyuları photolithographically fabrikasyon kavşak. (a) birden fazla Andreev yansımaları nedenıyle belirgin SGS zirveleri ile sıcaklık bağımlılığı indüklenen süperiletken boşluğu. SGS ve kaynaklı boşluk kenarı zirveleri, P1 ile P4 arasında işaretlenir ve SGS dips D1 ile D3 arasında işaretlenir. (b) SGS zirveleri ve dips (a) içinde sıcaklık işlevi olarak gösterilir. SGS, T&Gt; 400 MK ‘de önemli ölçüde bastırılır ve sıfır önyargı yönüne doğru vardiya yapılır. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız. Şekil 5 . E-ışın lithographically imal kavşaklarındaki indüklenen süperiletkenliğin sıcaklık ve manyetik alan bağımlılığı. (a) 300 MK ile 1,5 K arasındaki sıcaklıklarda Indüklenen Superiletken boşluğu vs. uygulanan kaynak-drenaj gerilimi VSD . Eğriler netlik için dikey olarak uzaklaştırılır. (b) T= 300 MK ‘de VSD ve dik manyetik alanın bir fonksiyonu olarak renk kodlu diferansiyel direnci. Bu figürün daha büyük bir versiyonunu görmek Için lütfen tıklayınız.

Discussion

On-Chip qıcs süper iletken ındum galyum arsenit dayalı JJs bir dizi oluşan (içinde0,75GA0,25as) kuantum kuyuları gösterildi. Melez S-SM malzeme sistemlerinin ölçeklenebilirlik ve arayüz şeffaflığı gibi iki önemli sorunu ele alınmıştır. İki kritik adımda yüksek kalitede büyüme ve yüksek hareketlilik dahil olmak üzere protokol sızlanmayı0,75GA0,25olarak iki boyutlu elektron gazı Yarıiletken heterostructure alanında çalışmaktadır ve yakınlık indüklenen superiletkenlik 2deg oldu tartışılan23,24,25.

In0,75GA0,25olarak büyüme GaAs substrat Step-dereceli tampon katmanları ile ve aynı zamanda süper iletken ve yarıiletken arasında homojen ve bariyer içermeyen arayüzlerin oluşumu gibi hibrid 2D kuantum devresinde önemli bir adımdır Geliştirme. Bu dikkatle aşındırma ile yıpranmış süperiletken film ile0,75GA0,25kuantum kuyuları Yarıiletkenler içinde indüklenmiş Super , 24 , 25 yaşında.

Mevcut yöntemlerle ilgili önem, 2D hibrid JJs ve devre gerçekleştirme için sunulan tekniğin, Yarıiletken büyüme yapıldıktan sonra bir MBE odasında Yarıiletken üzerinde Süperiletkenlerin InSitu birikimi gerektirmesidir tamamlanmış23,24,25. Diğer öneme göre, heteroyapı gofret 10 cm çapında bir masa olarak yetiştirilen olabilir, hibrid 2D kavşak ve devreler binlerce imalat izin, bu yüzden hibrid S-SM kuantum devreleri ve cihazların ölçeklenebilirlik zorlukları üstesinden 22 , 23 , 24 , 25 yaşında.

Kuantum kuyularında indüklenen Süperiletkenlik, 2D kavşaklı diferansiyel iletken üzerinde SGS, ve kavşklarda ölçülen faz tutarlı balistik kuantum taşımacılığı, hibrid 2D kavşak ve devrelerin süper iletken bazlı olduğunu güçlü bir şekilde önerir 0,75 GA0,25olarak 2DEG ölçeklenebilir kuantum işleme ve bilgisayar teknolojileri için umut verici malzeme sistemi göze. Yaklaşımımız kuantum teknolojisine doğru yeni bir yol açabilir ve kuantum işlemcileri sonraki nesil23,24,25gerçekleştirmek için on-Chip topolojik kuantum devrelerinin geliştirilmesi için yol açacak yardımcı olur.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Yazarlar EPSRC mali destek kabul, MQıC Grant.

Materials

CompactDAQ Chassis National Instruments NI cDAC-9178
DSP Lock-in Amplifier AMETEK 7265 190284-A-MNL-C
Dilution refrigerator Blueforce Buttom loaded fridge
Dilution refrigerator Oxford KelvinoxMX40 Wet-fridge
Diamond scriber MICROTEC Karl Suss HR 100
Dektak Surface Profilometer Veeco 3ST
Evaporator Edwards AUTO 306
Evaporator Edwards Coating system E306A
3He Cryostat Oxford
 Photoresist Spinner Headway Research Inc.  EC101DT-R790 
Matlab
Mask Aligner Karl Suss MJB 3
Source meter Keithley  2614B
Semiconducting heterostructure MBE Veeco  Gen III system MBE Grown wafers
Wire Bonder K&S  4524
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Josephson, B. D. Possible new effects in superconductive tunneling. Physics Letters. 1, 251-253 (1962).
  2. Mukhanov, O. A. Energy-efficient single flux quantum technology. IEEE Transaction on Applied Superconductivity. 21, 760-769 (2011).
  3. Tsujimoto, M., et al. Broadly Tunable Subterahertz Emission from Internal Branches of the Current-Voltage Characteristics of Superconducting Bi2Sr2CaCu2O8+δ Single Crystals. Physical Review Letters. 108 (10), 1-5 (2012).
  4. Delfanazari, K., et al. Effect of Bias Electrode Position on Terahertz Radiation from Pentagonal Mesas of Superconducting Bi2Sr2CaCu2O8+d. IEEE Transaction Terahertz Science and Technology. 5 (3), 505-511 (2015).
  5. Delfanazari, K., et al. Terahertz Oscillating Devices Based upon the Intrinsic Josephson Junctions in a High Temperature Superconductor. Journal of Infrared, Millimeter, Terahertz Waves. 35 (1), 131-146 (2014).
  6. Delfanazari, K., et al. Tunable Terahertz Emission from the Intrinsic Josephson Junctions in Acute Isosceles Triangular Bi2Sr2CaCu2O8+δ Mesas. Optics Express. 21 (2), 2171-2184 (2013).
  7. Delfanazari, K., et al. Study of Coherent and Continuous Terahertz Wave Emission in Equilateral Triangular Mesas of Superconducting Bi2Sr2CaCu2O8+δ intrinsic Josephson Junctions. Physica C Superconductivity and its Application. 491, 16-19 (2013).
  8. Kashiwagi, T., et al. High Temperature Superconductor Terahertz Emitters: Fundamental Physics and Its Applications. Japanese Journal of Applied Physics. 51 (1), 1-14 (2012).
  9. Klemm, R. A., et al. Modeling the Electromagnetic Cavity Mode Contributions to the THz Emission from Triangular Bi2Sr2CaCu2O8+δ mesas. Physica C Superconductivity and its Application. 491, 30-34 (2013).
  10. Cerkoney, D. P., et al. Cavity Mode Enhancement of Terahertz Emission from Equilateral Triangular Microstrip Antennas of the High- Tcsuperconductor Bi2Sr2CaCu2O8+δ. Journal of Physics: Condensed Matter. 29 (1), 15601 (2017).
  11. Sand-Jespersen, T., et al. Kondo-Enhanced Andreev Tunneling in InAs Nanowire Quantum Dots. Physical Review Letters. 99, 126603 (2007).
  12. Herr, Q. P., et al. Reproducible operating margins on a 72800-device digital superconducting chip. Superconductor Science and Technology. 28, 124003 (2015).
  13. Van Dam, J. A., Nazarov, Y. V., Bakkers, E. P. A. M., Franceschi, S. D., Kouwenhoven, L. P. Supercurrent reversal in quantum dots. Nature. 442, 667-670 (2006).
  14. Giazotto, F., et al. A Josephson Quantum Electron Pump. Nature Physics. 7, 857-861 (2011).
  15. Cybart, S. A., et al. Large voltage modulation in magnetic field sensors from two dimensional arrays of YBaCuO nano Josephson junctions. Applied Physics Letters. 104, 062601 (2014).
  16. Kalhor, S., Ghanaatshoar, M., Kashiwagi, T., Kadowaki, K., Kelly, M. J., Delfanazari, K. Thermal Tuning of High- Tc Superconducting Bi2Sr2CaCu2O8+δ Terahertz Metamaterial. IEEE Photonics Journal. 9 (5), 1-8 (2017).
  17. Mourik, V., et al. Signatures of Majorana fermions in hybrid superconductor-semiconductor nanowire devices. Science. 336, 1003-1007 (2012).
  18. Chang, W., et al. Hard gap in epitaxial semiconductor-superconductor nanowires. Nature Nanotechnology. 10, 1038 (2014).
  19. Rokhinson, L. P., Liu, X., Furdyna, J. K. The fractional ac. Josephson effect in a semiconductor-superconductor nanowire as a signature of Majorana particles. Nature Physics. 8, 795-799 (2012).
  20. Deng, M. T., et al. Majorana bound state in a coupled quantum-dot hybrid-nanowire system. Science. 354, 1557-1562 (2016).
  21. Gül, &. #. 2. 1. 4. ;., et al. Hard Superconducting Gap in InSb Nanowires. Nano Letters. 17 (4), 2690-2696 (2017).
  22. Nichele, F., et al. Scaling of Majorana Zero-Bias Conductance Peaks. Physical Review Letters. 119, 136803 (2017).
  23. Delfanazari, K., et al. On Chip Andreev Devices: hard Gap and Quantum Transport in Ballistic Nb-In0.75Ga0.25As quantum well-Nb Josephson junctions. Advanced Materials. 29, 1701836 (2017).
  24. Delfanazari, K., et al. Induced superconductivity in indium gallium arsenide quantum well. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 459, 282-284 (2018).
  25. Delfanazari, K., et al. On-chip hybrid Superconducting-Semiconducting Quantum Circuit. IEEE Transactions on Applied Superconductivity. 28, 4 (2018).
  26. Chen, C., et al. Growth variations and scattering mechanisms in metamorphic In0.75Ga0.25As/In0.75Al0.25As quantum wells grown by molecular beam epitaxy. Journal of Crystal Growth. 425, 70-75 (2015).
  27. Blonder, G. E., Tinkham, M., Klapwijk, T. M. Transition from metallic to tunneling regimes in superconducting micro-constrictions: Excess current, charge imbalance, and supercurrent conversion. Physical Review B. 25, 4515 (1982).
  28. Beenakker, C. W. J. Random-matrix theory of quantum transport. Review Modern Physics. 69, 731 (1997).

Tags

Quantum Integrated CircuitsSuperconducting Two-dimensional Electron GasJosephson JunctionsProximity-induced SuperconductivityIndium Gallium ArsenidePhotolithographyWet EtchingOhmic ContactsTwo-dimensional Materials

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Delfanazari, K., Ma, P., Puddy, R., Yi, T., Cao, M., Gul, Y., Richardson, C. L., Farrer, I., Ritchie, D., Joyce, H. J., Kelly, M. J., Smith, C. G. Scalable Quantum Integrated Circuits on Superconducting Two-Dimensional Electron Gas Platform. J. Vis. Exp. (150), e57818, doi:10.3791/57818 (2019).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image