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

Per formare un trasporto quantistico coerente nelle giunzioni josephson superconduttore-semiconduttore ibrido, è necessaria la formazione dell'interfaccia omogenea e senza barriere tra due materiali diversi. Qui introduciamo una nuova piattaforma di materiali bidimensionali, e poi studiamo la superconduttività indotta dalla prossimità nell'arseniuro di gallio indio di gas elettronico bidimensionale che è alla base di un circuito integrato quantistico ibrido. Per progettare il layout del dispositivo JJ e QIC, pulire prima un wafer di arseniuro di gallio indio con acetone e alcol isopropile.

Quindi asciugare il dispositivo con gas azoto. Gira il fotoresist sopra il wafer di arseniuro di gallio indio. Cuocere il dispositivo su una piastra calda per alcuni secondi.

In seguito, posizionare una maschera fotografica in un allineatore maschera e posizionare il dispositivo sotto il modello appropriato. Esporre il dispositivo alla luce UV attraverso la maschera fotografica dei layout mesa e QIC. Quindi sviluppa la resistenza nello sviluppatore MF-319 per alcuni minuti.

Incidere la mesa per agire come regione attiva posizionando il dispositivo in una soluzione di acqua, acido solforico e perossido di idrogeno. Risciacquare il dispositivo con acqua deionizzata per trenta secondi e asciugare con gas azoto. Ora assicura una profondità di incisione di circa 150 nanometri utilizzando un profiler di superficie DEKTAK.

Pulire il dispositivo con acetone e alcol isopropile. Successivamente, formare un cuscinetto ohmico per effettuare un contatto elettrico tra il metallo e il gas elettronico bidimensionale ruotando il fotoresist sopra il dispositivo. Cuocere il dispositivo su una piastra calda per alcuni secondi.

Posizionare una maschera fotografica nell'allineatore maschera e posizionare il dispositivo sotto il motivo appropriato. Esporre il dispositivo alla luce UV attraverso la maschera fotografica di motivi ohmici. Quindi sviluppa la resistenza nello sviluppatore MF-319 per alcuni minuti.

In seguito, depositare un sottile strato di lega di nichel al germanio d'oro sul campione a resistenza in una macchina evaporatore. Dopo aver eseguito il decollo in acetone, ricotturare il dispositivo come 430 gradi Celsius per alcuni secondi. Gira fotoresist sopra il dispositivo.

Quindi cuocere il dispositivo su una piastra calda per alcuni secondi. Bagnare una trincea profonda 130 nanometri sopra la regione attiva per formare JJ bidimensionali modellando fotolitograficamente e incisione umida nell'acido, come descritto in precedenza. Tagliare il dispositivo in piccoli trucioli.

Caricare il chip che contiene una matrice di JJ bidimensionali su una portachip senza piombo standard utilizzando la vernice GE. Quindi effettuare i contatti elettrici tra il dispositivo e i cuscinetti portachip senza piombo. Infine, caricare il dispositivo in un frigorifero di diluizione per le misurazioni del trasporto.

L'immagine SEM di una giunzione sul circuito del dispositivo 2 è mostrata qui. La distanza tra due pellicole di Niobio in ogni lato della giunzione è di 550 nanometri sul percorso più breve. L'immagine SEM di una giunzione del Dispositivo 1, che è fabbricata fotolitograficamente, mostra che i due elettrodi niobio sono separati da una distanza di 850 nanometri.

Qui sono raffigurate riflessioni normali e andreev nelle giunzioni ibride supercondutnti-semiconduttori. Il gap superconduttore indotto dalla dipendenza dalla temperatura con strutture pronunciate di gap energetico subharmonico, picchi e tuffo per il dispositivo 1 sono mostrati qui. Alla temperatura più bassa, le strutture del gap energetico subharmonico appaiono con 3 picchi e 3 tuffo.

L'evoluzione della temperatura dei picchi e dei tuffo dovuta alla soppressione della superconduttività indotta con aumento della temperatura sono mostrati qui. Tutte le caratteristiche sono significativamente dipendenti dalla temperatura, e i picchi di divario energetico subharmonico più forti sono osservati a 50 millikelvin. Lo spazio superconduttore in funzione della tensione di scarico della sorgente applicata e della temperatura del dispositivo 2 è mostrato qui.

Le misurazioni del trasporto delle disostanze di temperatura e campo magnetico del dispositivo 2 non mostrano alcun segno di oscillazioni gap o sub-gap, che si osservano per il dispositivo 1. La cosa più importante quando si esegue questa procedura è ottenere il giusto livello H per accedere al gas elettronico bidimensionale nel dispositivo e formare la nanogiunzione. Credo che le giunzioni bidimensionali di Josephson possano essere studiate con lunghezze e larghezze diverse per studiare l'effetto delle dimensioni delle giunzioni sulla fase topologica dell'osservazione.

Questa tecnica consente di misurare centinaia di dispositivi quantistici in un unico tempo di recupero del frigorifero, spianando la strada alla realizzazione di dispositivi quantistici ibridi scalabili.