JoVE Journal > Engineering
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Nederlands

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Engineering

Schaalbare Quantum geïntegreerde schakelingen op supergeleidend tweedimensionaal elektronen Gasplatform

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

Quantum integrated circuits (QICs) bestaande uit array van planaire en ballistische Josephson-kruisingen (JJs) op basis van0,75ga0,25als tweedimensionaal ELEKTRONEN gas (2deg) wordt gedemonstreerd. Twee verschillende methoden voor de fabricage van de tweedimensionale (2D) JJs en QICs worden besproken, gevolgd door de demonstratie van Quantum Transport metingen in sub-Kelvin temperaturen.

Abstract

Om een coherent Quantum transport te vormen in hybride superconductor-Semiconductor (S-SM) knooppunten, is de vorming van een homogene en barrièrevrije interface tussen twee verschillende materialen noodzakelijk. De S-SM-splitsing met een hoge interface transparantie vergemakkelijkt dan de observatie van de geïnduceerde harde supergeleidende kloof, die de belangrijkste vereiste is om toegang te krijgen tot de topologische fasen (TPs) en observatie van exotische quasideeltjes zoals Majorana Zero modi (MZM) in hybride systemen. Een materieel platform dat observatie van TPs kan ondersteunen en de realisatie van complexe en vertakte geometrieën mogelijk maakt, is daarom zeer veeleisend in kwantum verwerking en informatica en technologie. Hier introduceren we een tweedimensionaal materiaal systeem en bestuderen we de nabijheids geïnduceerde supergeleiding in halfgeleidende tweedimensionaal elektronen gas (2DEG) dat de basis is van een hybride Quantum geïntegreerd circuit (QIC). De 2DEG is een 30 nm dik in0,75ga0,25als Quantum Well die tussen twee in0,75al0,25is begraven als barrières in een heterostructuur. Niobium (NB) films worden gebruikt als de supergeleidende elektroden te vormen nb-in0,75ga0,25as-nb Josephson knooppunten (jjs) die zijn symmetrisch, Planar en Ballistic. Twee verschillende benaderingen werden gebruikt om de JJs en QICs te vormen. De lange knooppunten werden fotolithografisch vervaardigd, maar de e-Beam lithografie werd gebruikt voor de fabricage van korte kruisingen. De samenhangende kwantum transport metingen als functie van de temperatuur in de aanwezigheid/afwezigheid van magnetisch veld B worden besproken. In beide apparaten fabricage benaderingen, de nabijheid geïnduceerde supergeleidende eigenschappen werden waargenomen in de in0,75ga0,25als 2deg. Het bleek dat e-Beam lithografisch patroon JJs van kortere lengtes resulteren in observatie van geïnduceerde supergeleidende kloof bij veel hogere temperatuurbereiken. De resultaten die reproduceerbaar en schoon zijn suggereren dat de hybride 2D JJs en QICs op basis van0,75ga0,25als Quantum Wells een veelbelovend materiaal platform kunnen zijn om de echte complexe en schaalbare elektronische en fotonische Quantum te realiseren circuits en apparaten.

Introduction

Een Josephson Junction (JJ) wordt gevormd door een dunne laag van een niet-supergeleidend (normaal) materiaal tussen twee supergeleiders1. Verschillende nieuwe Quantum elektronische en fotonische circuits en apparaten kunnen worden gebouwd op basis van jjs2,3,4,5,6,7,8, 9,10,11,12,13,14,15,16. Onder hen, de JJs met halfgeleider als hun niet-supergeleidende (normale) deel, of superconductor-Semiconductor-superconductor (S-SM-S) JJs, hebben veel aandacht gekregen in de afgelopen jaren na de vermeende detectie van exotische Majorana deeltjes met nul elektrische ladingen op de interface van een supergeleider en een semigeleidende ééndimensionale (1d) nanodraad17,18,19,20,21, 22. op nanodraad gebaseerde hybride apparaten zijn beperkt tot de 1d-geometrie van de nanodraad en de fabricage van Y-en/of T-constructies uit hen-een noodzakelijke vereiste voor Majorana-vlechten-is uitdagend22. De fijnafstelling van het chemische potentieel van Nanowire, voor toegang tot topologische fasen, vereist JJs met verschillende elektrostatisch poorten die veel problemen veroorzaken bij de fabricage van complexe apparaten uit nanodraden. Om de schaalbaarheidsproblemen van 1d-draden te overwinnen, zijn tweedimensionale (2D) materiaal platformen zeer wenselijk19,22.

Onder 2D-materialen is het tweedimensionale elektronen gas (2DEG)-platform-vormen wanneer elektronen zich beperken tot een interface tussen twee verschillende materialen in een halfgeleider-heterostructuur-de meest veelbelovende kandidaat22. De combinatie van 2DEG met supergeleiders en het vormen van hybride 2D JJs opent een nieuwe weg naar de ontwikkeling van schaalbare kwantumsystemen van de volgende generatie, zoals topologische kwantum verwerking en computing. Ze kunnen fase-samenhangend kwantum transport ondersteunen, en nabijheid geïnduceerde supergeleiding met hoge transmissie waarschijnlijkheid, die fundamentele vereiste zijn voor topologische fase observatie. In dit opzicht demonstreren we een QIC op een chip die bestaat uit een array van ballistische 2D JJs die kan worden bestuurd door 20 draden. Elke kruising heeft twee nb-elektroden als het supergeleidende deel en in0,75ga0,25als kwantum putten in een halfgeleidende gerealiseerd als het normale deel. De wafer kan eenvoudig worden Gedessineerd om complexe structuren en QICs in het netwerk te vormen.

De voordelen van in0,75ga0,25als 2deg zijn: (i) relatief grote g-factor, (II) sterke rashba Spin-Orbit-koppeling, (III) de lage elektron-effectieve massa, en (IV) dat de indium samenstelling kan worden afgesteld, waardoor de vorming van jjs met een hoge interface transparantie23,24,25. De wafer kan worden gekweekt als een schijf van maximaal 10 cm dimeter, waardoor de fabricage van duizenden hybride 2D JJs en complexe QICs netwerken, zodat de schaalbaarheid uitdagingen van deze Quantum apparaten te overwinnen.

We bespreken twee verschillende benaderingen voor apparaatfabricaties: voor apparaat 1, een circuit met acht identieke en symmetrische jjs van 850 nm lengte en 4 μm breedtes worden met foto lithografie23,24Gedessineerd. Het toestel 2 omvat acht knooppunten met verschillende lengtes. Ze hebben allemaal dezelfde breedte van 3 μm. De JJs zijn Gedessineerd door e-BAM lithografie25. De transport metingen op sub-Kelvin temperatuurbereiken bij afwezigheid/aanwezigheid van magnetisch veld zullen worden gepresenteerd. De on-chip QICs bestaat uit een array van 2D nb-in0,75ga0,25as-nb jjs. De lange en korte knooppunten worden gemeten in een verdunnings koelkast met een basis temperatuur van 40 mK en vloeibare 3hij gekoelde cryostaat met een basis temperatuur van 300 MK, respectievelijk. Apparaten zijn bevooroordeeld met een AC-signaal van 5 μv bij 70 Hz die bovenop de Gelijkspannings bias van de Junction wordt gelegd. Een standaard vergrendelings techniek met twee terminals wordt gebruikt om de output van het apparaat te meten AC–Current 23,24,25.

Protocol

Opmerking: halfgeleider-hetero structuur en hybride S-SM Josephson Junction fabricage worden gepresenteerd. 1. halfgeleidende hetero structuur fabricage Opmerking: de moleculaire straal epitaxy (MBE) geteeld in0,75ga0,25als kwantum putten worden gebruikt in deze studie23,24,25,26. Figuur 1 toont de opeenvolging van verschillende lagen: Reinig een 500 μm dik, 3-inch semi-isolerend (001) GaAs substraat en verwijder de oxidelaag bij hoge temperaturen (boven 200 °C)26. Pas de groei temperatuur aan bij 580 °C en laat de buffer laag van GaAs/AlAs/GaAs films met diktes van 50/75/250 nm26groeien. Oprit de ondergrond temperatuur gedurende 20 min en groei dan een stap-gegradeerde buffer laag van Inala’s met een dikte van 1300 nm bij het starten van de ondergrond temperaturen van T = 416, 390, 360, 341, 331 en 337 °c26. Groei een 30 nm dik in0,75ga0,25als Quantum Well 2deg bij iets hogere substraat temperatuur26. Bedek de 2DEG Quantum Well met een 60 nm in0,75al0,25als afstandhouder, en dan modulatie dope de wafer door een 15 nm dik van een n-type in0,75al0,25as. Dit zal de geleiding in de donkere26verzekeren. Kweek een 45 nm in0,75al0,25als laag gevolgd door een beschermlaag van InGaAs met een dikte van 2 nm26. Voer de meting uit van de Shubnikov-de Haas-oscillaties en het Hall-effect om de elektron dichtheid (ns) en mobiliteit (μe) te vinden bij temperatuur T= 1,5 K26. Uit de transport metingen werd afgeleid dat de ns= 2.24 × 1011 (cm-2) en μe= 2.5 × 105 (cm2/VS) in het donker, maar ns= 2.28 × 1011 (cm -2) en μe= 2.58 × 105 (cm2/VS) na verlichting. 2. tweedimensionale Josephson Junction fabricage Opmerking: hier wordt het fabricageproces van de hybride QICS met twee verschillende benaderingen besproken23,24,25. Apparaat 1 met acht identieke lange Josephson-knooppunten werd alleen gefabriceerd met een paar stappen van foto lithografie verwerking. De tweede apparaat fabricage procedure was vergelijkbaar met apparaat 1 tot de vorming van JJs welke stap de e-Beam-lithografie werd gebruikt. Schets de jjs-en QIC-apparaatindeling, inclusief Mesa-en a ohms-patronen met behulp van AutoCAD-software25. Start de tekening door de juiste lagen te selecteren om het menu van de laag kiezer te vormen. Een nieuwe laag maken op formaat | Laag in de AutoCAD-software. Ontwerp en fabriceren het photolithografie masker. Kies gewenste vormen en geometrieën in het deelvenstermenu van de software. Klik op de gewenste vorm van JJs (d.w.z. rechthoeken, vierkantjes) en druk op het teken venster om de vorm te initiëren (Klik in het Help-menu van AutoCAD-software voor meer informatie). Patroon de jjs en QICS ontwerpen, na het ontwikkelen van de fotoresist op de wafer, en fabriceren de Mesa structuren om op te treden als de actieve regio (het verhoogde gebied in Figuur 1) door natte etch in zure oplossingen van H2dus4: H2O2 : (1:8:1000)23,24,25. Spoel het apparaat in DI water gedurende 30 sec. en droog het vervolgens af met stikstofgas. Zorg voor een etch-diepte van ~ 150 Nm door de dektak Surface Profiler23,24,25. Vorm a ohms contacten, om elektrisch contact te maken tussen het metaal en 2deg, door het spinnen van fotoresist bovenop de wafer en vervolgens blootstelling aan UV-licht door middel van een foto-masker. Ontwikkel de weerstand in MF-319 gedurende 1 min. stort een dun laagje, tussen 50 nm en 100 nm goud/germanium/nikkel (augeni) legering over het Resist-patroon monster23,24,25. Etch a \u2012 140 nm diepe geul bovenop het actieve gebied om 2D jjs te vormen door fotolithografisch (apparaat 1) of e-Beam lithografisch (apparaat 2) patronen en nat-etsen in zuur zoals hierboven beschreven (de jjs moeten ver van de a ohms contacten worden gevormd, een afstand van > 100 μm, om ervoor te zorgen dat de normale elektronen van dit deel geen invloed hebben op de interfaces van de Junction)23,24,25. Sputter a \u2012130 nm supergeleidende nb film te vormen nb-in0,75ga0,25as-nb jjs (door DC microgolf sputteren in AR plasma), Stort 10/50 nm dikke Ti/au films voor elektrische contacten en transport meetdoeleinden. Transfer en laad het apparaat op de standaard leadless chip carrier (LCC) met behulp van GE varnish, en maak de elektrische contacten tussen het apparaat en LCC pads met behulp van gouden draden. Laad de apparaten in een 3he cryostaat of verdunnings koelkast voor transport metingen.

Representative Results

Figuur 2 a toont de Scanning Electron Microscoop (SEM) afbeelding van het apparaat 1. Een Quantum circuit met 20 elektrische draden kan worden gezien. Het ontwerp maakt het mogelijk om een of serie JJs op een chip in één koelkast af te koelen. Het SEM-beeld van één kruising op het circuit van apparaat 2, dat werd vervaardigd door e-Beam-lithografie, wordt weergegeven in Figuur 2b. De afstand tussen twee nb films in elke kant van de nb-in0,75ga0,25as-nb kruising is L= 550 nm op het kortste pad. Figuur 2 c toont het SEM-beeld van één kruising van apparaat 1-dat fotolithografisch is vervaardigd. Hier, de twee nb elektroden worden gescheiden door een afstand van L= 850 nm. De Blonder-Tinkham-Klapwijk (BTK)-theorie is een aanvaardbaar model om het Quantum Transport in hybride S-SM-knooppunten27te beschrijven. De invloed van de parameters van de superconductor order in halfgeleidende 2DEG resulteert in een niet-lineaire differentiële conductiviteit. Bij lage temperaturen zijn er twee mogelijke reflectie mechanismen bij de nb-in0,75ga0,25als interfaces: normale reflectie die geen lading overdracht door de interface en de Andreev reflecties veroorzaakt, die twee lading zendt quanta 2e, met de retroreflectie van een gat23,24,25. Omdat het supergeleidende condensaat bestaat uit spin singlet Cooper pairs, heeft het gereflecteerde gat de tegenovergestelde spin als het inkomende elektron. Het cartoon diagram van deze twee processen is afgebeeld in Figuur 3a, b, respectievelijk28. Als de interface tussen de NB en in0,75ga0,25als contact is niet transparant, er is coëxistentie van zowel de normale en Andreev gereflecteerde elektronen. Zo wordt de weerstand verhoogd en een nulbias piek binnen de kloof wordt gevormd. Een dergelijke in-Gap piek in de DV/di (VSD) wordt niet waargenomen in onze kruisingen. Echter, voor een homogene en barrièrevrije (Z= 0) interface tussen de nb film en0,75ga0,25als contact, alle incident elektronen ondergaan Andreev reflectie. In een dergelijke toestand wordt een overmaat stroom Iexc gevormd in de splitsing als gevolg van correlaties van elektron-en gat achtige quasideeltjes. Daarom wordt de differentiële weerstand binnen de spleet verminderd en wordt een platte U-vorm dip in DV/di (VSD) waargenomen. Volgens BTK model, kan worden afgeleid dat er geen tunneling barrière gevormd bij de nb-in0,75ga0,25als interfaces van beide apparaten. Daarom wordt de barrière sterkte geschat op Z < 0,2 in onze knooppunten23,24,25. Vanwege het nabijheidseffect wordt de geïnduceerde kloof van ongeveer Δind ≈ 100 μev en 650 μev gemeten in respectievelijk de apparaten 1 en 2. De temperatuurafhankelijkheid geïnduceerde supergeleidende kloof met uitgesproken subharmonische energie kloof structuren (SGS) pieken en dips voor apparaat 1 worden weergegeven in Figuur 4a. De meervoudige Andreev reflecties (MAR) op de interfaces van de nb-in0,75ga0,25als Junction resulteren in de observatie van SGS in de differentiële conductiviteit. Bij de laagste gemeten temperatuur T= 50 mk (rode curve) verschijnt de SGS met drie pieken (genoemd als P1, P2 en P3) en drie dips (genoemd als D1, D2 en D3). De temperatuur evolutie van de pieken en de dips als gevolg van de onderdrukking van de geïnduceerde supergeleiding met temperatuurstijging worden weergegeven in Figuur 4b. De SGS piek posities gehoorzamen aan de uitdrukking V = 2δ/ne (Δ is de nb gap energie, n = 1, 2, 3,… is een geheel getal, en e is de elektronen lading): P1, P2, P3 en P4 posities komen ongeveer overeen met 2δ/3e, 2δ/4e, 2δ/6e en de geïnduceerde spleet rand, maar de DIP-posities volgen de uitdrukking niet. Alle functies zijn significant afhankelijk van de temperatuur en de sterkste (zwakste) SGS pieken (dips) worden waargenomen bij T= 50 mk (800 mk). Het is vermeldenswaard dat zelfs bij temperaturen boven T= 500 MK waar de Super stroom niet meer kan worden gezien, de SGS wordt waargenomen, maar het verdwijnt bij t> 800 MK-wanneer geïnduceerde supergeleiding wordt weggespoeld. Voor dit apparaat met een array van acht 2D jjs, in 4 van 7 knooppunten, een hard-geïnduceerde supergeleidende gap in0,75ga0,25als 2deg werd gevonden23,24. Drie knooppunten toonden echter een soft-gap-signatuur en noch een harde-noch een zachte-spleet structuur werd waargenomen voor de laatste kruising vanwege een draad contact storing tussen het apparaat en het pad. De supergeleidende kloof als functie van de toegepaste V-SD -spanning en de temperatuur van apparaat 2 wordt weergegeven in Figuur 5a. Dit apparaat werd gemeten bij een 3he cryostaat met een basis temperatuur van T= 280 Mk. De temperatuur en het magnetisch veld afhangices transport metingen van apparaat 2 vertonen geen tekenen van in-Gap of sub-gap oscillaties die worden waargenomen voor apparaat 1 (Zie Figuur 5a, b). Dit kan te wijten zijn aan de pijlvormige geometrie van de kruising die destructieve interferentie van de MAR kan veroorzaken. Dergelijke kenmerken kunnen worden weergegeven in de differentiële geleiding als het apparaat wordt gemeten bij veel lagere temperaturen (verdunnings koelkast basis temperatuur). De geïnduceerde kloof wordt onderdrukt en verplaatst naar nulspannings bias en hun amplitudes verminderen met verdere verhoging van de toegepaste temperatuur en magnetisch veld. Figuur 1 . In0,75ga0,25as/in0,75al0,25as/gaas hetero structuur. De schematische weergave van de gerealiseerd waarbij een in0,75ga0,25als Quantum Well met 30 nm dikte wordt gevormd \u2012120 nm onder het oppervlak van de wafer. NB werd gebruikt als de supergeleidende contacten (getoond in het zwart) om een hybride en ballistische nb te vormen-in0,75ga0,25als 2Deg-nb Josephson Junction. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken. Figuur 2 : Hybride supergeleidende-semigeleidende kwantum circuits op chip. (a) SEM-afbeelding van het QICS-apparaat met een bovenaanzicht van een Quantum circuit met 20 besturings draden, en 8 planaire en symmetrische jjs op een chip. Het SEM-beeld van nb-in0,75ga0,25as-nb jjs met een in0,75ga0,25als 2deg gap van lengte L= 550 nm en 850 nm voor e-Beam lithografisch (b) en fotolithografisch (c) gefabriceerde kruisingen . Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken. Figuur 3 . Normale en Andreev reflecties in hybride supergeleidende-halfgeleidende knooppunten. a) spiegelende quasipartikel reflectie zonder lading overdracht via de interface. (b) Andreev reflectie terwijl het inkomende elektron wordt weerspiegeld als een gat in de tegenovergestelde spin sub-band en overdracht 2e lading in supergeleidende elektrode. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken. Figuur 4 . Geïnduceerde supergeleiding en SGS in0,75ga0,25als kwantum putten in fotolithografisch gefabriceerde Junction. a) temperatuurafhankelijkheid veroorzaakte supergeleidende kloof met uitgesproken SGS pieken als gevolg van meerdere Andreev reflecties. De SGS en de geïnduceerde gap Edge pieken, worden aangeduid met P1 tot P4 terwijl de SGS dips gemarkeerd zijn door D1 tot D3. b) de in a) vermelde pieken en dips van SGS als functie van de temperatuur. SGS worden aanzienlijk onderdrukt bij T&Gt; 400 MK, wat leidt tot een verschuiving naar nulbias. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken. Figuur 5 . De temperatuur en magnetische veld afhankelijkheid van geïnduceerde supergeleiding in e-Beam lithografisch vervaardigde kruispunten. a) geïnduceerde supergeleidende kloof versus toegepaste bron-aftap spanning VSD bij temperaturen tussen 300 MK en 1,5 K. De curven zijn verticaal verschoven voor de duidelijkheid. b) kleurgecodeerde differentiaal weerstand als functie van VSD en loodrecht magnetisch veld bij T= 300 Mk. Klik hier om een grotere versie van dit cijfer te bekijken.

Discussion

On-chip QICs bestaande uit een array van JJs gebaseerd op supergeleidende indium gallium Galliumarsenide (in0,75ga0,25as) werden kwantum putten gedemonstreerd. Twee belangrijke uitdagingen van hybride S-SM-materiaal systemen, zoals de schaalbaarheid en interface transparantie, zijn aangepakt. Twee kritische stappen die het protocol zeuren, met inbegrip van de groei van hoge kwaliteit en hoge mobiliteit in0,75ga0,25als tweedimensionaal elektronen gas in halfgeleidende Heterostructuren en nabijheid geïnduceerde supergeleiding in 2deg waren besproken23,24,25.

Groei van in0,75ga0,25zoals met stap-gegradeerde buffer lagen in gaas substraat en ook de vorming van homogene en barrièrevrije interfaces tussen de supergeleider en halfgeleider is een cruciale stap in zo’n hybride 2D Quantum circuit Ontwikkeling. Er werd aangetoond dat met zorgvuldige etsen de gesputterde supergeleidende film zeer transparante contacten kan maken in0,75ga0,25als kwantum putten resulterend in detectie van geïnduceerde supergeleidende kloof in halfgeleiders23 , 24 , 25.

De betekenis met betrekking tot bestaande methodes is dat de gepresenteerde techniek voor 2D hybride JJs en circuit realisatie niet de insitu depositie van supergeleider op halfgeleiders in een MBE kamer vereist, nadat de halfgeleider groei is voltooid23,24,25. De andere betekenis is dat de hetero structuur wafer kan worden geteeld als een bureau van maximaal 10 cm diameter, waardoor de vervaardiging van duizenden hybride 2D-knooppunten en circuits, zodat de schaalbaarheid uitdagingen van de hybride S-SM Quantum circuits en apparaten te overwinnen 22 , 23 , 24 , 25.

De geïnduceerde supergeleiding in kwantum putten, SGS over de differentiële geleiding van de 2D-aansluitingen, en het fase-coherente ballistische kwantum transport gemeten in onze knooppunten suggereren sterk dat hybride 2D-aansluitingen en circuits op basis van supergeleidende in 0,75 Ga0,25als 2deg veroorloven veelbelovend materiaal systeem voor schaalbare Quantum processing en computing technologieën. Onze aanpak kan een nieuwe weg naar kwantumtechnologie openen en helpt de weg te effenen voor de ontwikkeling van topologische kwantum circuits op chip voor het realiseren van de volgende generatie Quantum processors23,24,25.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

De auteurs erkennen financiële steun van EPSRC, Grant MQIC.

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