Circuitos integrados cuánticos escalables en plataforma de gas electrónico bidimensional superconductor

Figura 2 a muestra la imagen del microscopio electrónico de barrido (SEM) del dispositivo 1. Se puede ver un circuito cuántico con 20 cables eléctricos. El diseño permite la medición de uno o serie de JJ en un chip en un refrigerador de enfriamiento. La imagen SEM de una unión en el circuito del dispositivo 2, que fue fabricado por litografía de haz electrónico, se muestra en la Figura 2b. La distancia entre dos películas Nb a cada lado de la unión Nb-In0.75Ga0.25As-Nb es de La 550 nm en el trayecto más corto. Figura 2 c muestra la imagen SEM de una unión del dispositivo 1- que se fabrica fotolitográficamente. Aquí, los dos electrodos Nb están separados por una distancia de La 850 nm. La teoría Blonder-Tinkham-Klapwijk (BTK) es un modelo aceptable para describir el transporte cuántico en las uniones híbridas S-Sm27. La influencia de los parámetros de orden del superconductor en el 2DEG semiconductor da como resultado una conductividad diferencial no lineal. A bajas temperaturas, hay dos mecanismos de reflexión posibles en el Nb-In0.75Ga0.25As interfaces: reflexión normal que no causa transmisión de carga a través de la interfaz y las reflexiones Andreev, que transmite dos cargas quanta 2e, con la retroreflexión de un agujero23,24,25. Como el condensado superconductor consiste en pares Cooper singlete de espín, el agujero reflejado tiene el giro opuesto como el electrón entrante. El diagrama de dibujos animados de estos dos procesos se muestra en la Figura 3a,b, respectivamente28. Si la interfaz entre el Nb y en0.75Ga0.25Como el contacto no es transparente, hay coexistencia de los electrones normales y Andreev reflejados. Por lo tanto, la resistencia aumenta y se forma un pico de sesgo cero dentro de la brecha. Este pico en el dV/dI (VSD) no se observa en nuestras uniones. Sin embargo, para unainterfaz homogénea y libre de barreras (Z-0) entre la película Nb y In0.75Ga0.25Como contacto, todos los electrones incidentes se someten a la reflexión de Andreev. En tal condición, se forma un exceso de corriente Iexc en la unión debido a correlaciones de cuasipartículas similares a electrones y agujeros. Por lo tanto, se reduce la resistencia diferencial dentro de la brecha y se observa una inmersión plana en forma de U en dV/dI (VSD). Según el modelo BTK, se puede deducir que no se formó ninguna barrera de tunelización en el Nb-In0.75Ga0.25Como interfaces de ambos dispositivos. Por lo tanto, la fuerza de barrera se estima en Z < 0,2 en nuestras uniones23,24,25. Debido al efecto de proximidad, se miden en los dispositivos 1 y 2 la brecha inducida de aproximadamente áind a 100 éV y 650 eV en los dispositivos 1 y 2, respectivamente. La brecha superconductora inducida por la dependencia de la temperatura con pronunciadas estructuras de brecha de energía subarmónica (SGS) picos y caídas para el dispositivo 1 se muestran en la Figura 4a. Las reflexiones múltiples de Andreev (MAR) en las interfaces del Nb-In0.75Ga0.25Como unión dan lugar a la observación de SGS en la conductividad diferencial. A la temperatura más baja medida Ta 50 mK (curva roja), el SGS aparece con tres picos (denominados P1, P2 y P3) y tres caídas (denominadas d1, d2 y d3). La evolución de la temperatura de los picos y caídas debido a la supresión de la superconductividad inducida con aumento de temperatura se muestran en la Figura 4b. Las posiciones de los picos de SGS obedecen a la expresión V á 2o/ne (es la energía de la brecha Nb, n a 1, 2, 3, … es un entero, y e es la carga de electrones): las posiciones P1, P2, P3 y P4 corresponden aproximadamente a 2o/3e, 2o/4e, 2o/6e y el borde de separación inducido, pero las posiciones de inmersión no siguen la expresión. Todas las características dependen significativamente de la temperatura, y los picos (dips) SGS más fuertes (más débiles) se observan en Ta 50 mK (800 mK). Vale la pena mencionar que incluso a temperaturas superiores a Ta 500 mK donde ya no se puede ver la supercorriente, se observa el SGS pero desaparece en T> 800 mK- cuando se lava la superconductividad inducida. Para este dispositivo con matriz de ocho JJ 2D, en 4 de 7 cruces, una brecha superconductora inducida duramente en In0.75Ga0.25As 2DEG se encontró23,24. Sin embargo, tres uniones mostraron una firma de espacio suave y no se observó una estructura dura ni una estructura de espacio blando para la última unión debido a una falla de contacto de cable entre el dispositivo y la almohadilla. La brecha superconductora en función de la tensiónYD Vaplicada y la temperatura del dispositivo 2 se muestra en la Figura 5a. Este dispositivo se midió a 3 He criostat con temperatura base de Ta 280 mK. Las mediciones de transporte de temperatura y campo magnético del dispositivo 2 no muestran ningún signo de oscilaciones de brecha o subbrecha que se observan para el dispositivo 1 (véase la figura 5a, b). Esto podría deberse a la geometría en forma de flecha de la unión que puede causar interferencia destructiva del MAR. Estas características pueden aparecer en la conductancia diferencial si el dispositivo se mide a temperaturas mucho más bajas (temperatura base del refrigerador de dilución). La brecha inducida se suprime y se mueve hacia el sesgo de voltaje cero y sus amplitudes disminuyen con el aumento adicional de la temperatura aplicada y el campo magnético. Figura 1 . En0.75Ga0.25As/In0.75Al0.25As/GaAs heteroestructura. La vista esquemática de la heterojunción donde un In0.75Ga0.25Como pozo cuántico con 30 nm de espesor se forma .u2012120 nm por debajo de la superficie de la oblea. Nb fue utilizado como los contactos superconductores (mostrados en negro) para formar un híbrido y balístico Nb–In0.75Ga0.25Como 2DEG-Nb Josephson cruce. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Figura 2 : Circuitos cuánticos híbridos híbridos en chip semiconductores. (a ) imagen SEM del dispositivo QICs que muestra una vista superior de un circuito cuántico con 20 cables de control, y 8 JJs planos y simétricos en un chip. La imagen SEM de Nb-In0.75Ga0.25As-Nb JJ con un In0.75Ga0.25As 2DEG gap of length Lá 550 nm and 850 nm for e-beam lithographical (b) and photolithographically (c) fabricted junctions . Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Figura 3 . Reflexiones Normal y Andreev en cruces híbridos superconductores-semiconductores. (a ) Reflexión de cuasipartículas especulares sin transmisión de carga a través de la interfaz. (b) Reflexión Andreev mientras que el electrón entrante se refleja como un agujero en la subbanda de giro opuesto y transfiere la carga 2e al electrodo superconductor. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Figura 4 . Superconductividad inducida y SGS en In0.75Ga0.25Como pozos cuánticos en unión fotolitográficamente fabricada. (a ) Dependencia de la temperatura indujo brecha superconductora con picos pronunciados de SGS debido a múltiples reflejos Andreev. El SGS y los picos de borde de separación inducidos, están marcados por P1 a P4, mientras que las caídas de SGS están marcadas por d1 a d3. (b) Los picos y caídas de SGS mostrados en (a) en función de la temperatura. SGS se suprimen significativamente en T> 400 mK dando lugar a un cambio hacia cero sesgo. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura. Figura 5 . La temperatura y la dependencia del campo magnético de la superconductividad inducida en uniones fabricadas litográficamente por el haz electrónico. (a) Brecha superconductora inducida frente a tensión de drenaje de fuente aplicada VSD a temperaturas entre 300 mK y 1,5 K. Las curvas se desvían verticalmente para mayor claridad. (b) Resistencia diferencial codificada por colores en función de VSD y campo magnético perpendicular a Ta 300 mK. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.