Skalowalne kwantowe układy scalone na nadprzewodzącej dwuwymiarowej platformie gazu elektronowego

Aby utworzyć spójny transport kwantowy w hybrydowych złączach Josephsona nadprzewodnikowo-półprzewodnikowych, konieczne jest utworzenie jednorodnego i pozbawionego barier interfejsu między dwoma różnymi materiałami. Tutaj przedstawiamy nowatorską dwuwymiarową platformę materiałową, a następnie badamy nadprzewodnictwo indukowane bliskością w dwuwymiarowym gazie elektronowym arsenku indu galu, który jest podstawą hybrydowego kwantowego układu scalonego. Aby zaprojektować układ JJ i urządzenia QIC, najpierw wyczyść płytkę z arsenku indu i galu acetonem i alkoholem izopropylowym.

Następnie osusz urządzenie azotem gazowym. Zakręć fotorezystem na wierzchu płytki z arsenku indu i galu. Piecz urządzenie na gorącej płycie przez kilka sekund.

Następnie umieść fotomaskę w nakładce na maskę i umieść urządzenie pod odpowiednim wzorem. Wystaw urządzenie na działanie światła UV przez fotomaskę układów mesa i QIC. Następnie rozwijaj rezystancję w wywoływaczu MF-319 przez kilka minut.

Wytrawić mesę, aby działała jako obszar aktywny, umieszczając urządzenie w roztworze wody, kwasu siarkowego i nadtlenku wodoru. Opłucz urządzenie wodą dejonizowaną przez trzydzieści sekund i osusz gazowym azotem. Teraz upewnij się, że głębokość trawienia wynosi około 150 nanometrów za pomocą profilera powierzchni DEKTAK.

Wyczyść urządzenie acetonem i alkoholem izopropylowym. Następnie uformuj podkładkę omową, aby nawiązać kontakt elektryczny między metalem a dwuwymiarowym gazem elektronowym, obracając fotorezyst na górze urządzenia. Piecz urządzenie na gorącej płycie przez kilka sekund.

Umieść fotomaskę w wyrównywaczu maski i umieść urządzenie pod odpowiednim wzorem. Wystaw urządzenie na działanie światła UV przez fotomaskę o wzorach omowych. Następnie rozwijaj rezystancję w wywoływaczu MF-319 przez kilka minut.

Następnie nałóż cienką warstwę stopu złota i niklu germanu na próbkę o wzorze rezystancyjnym w parowniku. Po wykonaniu startu w acetonie, wyżarzaj urządzenie w temperaturze 430 stopni Celsjusza przez kilka sekund. Zakręć fotorezystem na górze urządzenia.

Następnie piecz urządzenie na gorącej płycie przez kilka sekund. Wytrawić na mokro rów o głębokości 130 nanometrów na szczycie obszaru aktywnego, aby utworzyć dwuwymiarowe JJ poprzez fotolitograficzne modelowanie i trawienie na mokro w kwasie, jak opisano wcześniej. Pokrój urządzenie na małe wióry.

Załaduj chip, który zawiera tablicę dwuwymiarowych JJ, na standardowy bezołowiowy nośnik wiórów za pomocą lakieru GE. Następnie wykonaj styki elektryczne między urządzeniem a bezołowiowymi podkładkami nośnymi wiórów. Na koniec załaduj urządzenie do lodówki rozcieńczającej w celu wykonania pomiarów transportowych.

Obraz SEM jednego złącza w obwodzie urządzenia 2 jest pokazany tutaj. Odległość między dwiema warstwami niobu po każdej stronie złącza wynosi 550 nanometrów na najkrótszej drodze. Obraz SEM jednego złącza Urządzenia 1, które zostało stworzone fotolitograficznie, pokazuje, że dwie elektrody niobu są oddalone od siebie o 850 nanometrów.

Przedstawiono tutaj odbicia normalne i Andreeva w hybrydowych złączach nadprzewodząco-półprzewodnikowych. Przerwa nadprzewodząca wywołana zależnością od temperatury z wyraźnymi subharmonicznymi strukturami przerw energetycznych, pikami i spadkami dla urządzenia 1 jest pokazana tutaj. W najniższej temperaturze pojawiają się subharmoniczne struktury luk energetycznych z 3 pikami i 3 spadkami.

Pokazano tutaj ewolucję temperatury szczytów i spadków spowodowanych tłumieniem indukowanej nadprzewodnictwa wraz ze wzrostem temperatury. Wszystkie cechy są w znacznym stopniu zależne od temperatury, a najsilniejsze piki subharmonicznej przerwy energetycznej obserwuje się przy 50 milikelwinach. Przerwa nadprzewodząca w funkcji przyłożonego napięcia drenu źródła i temperatury urządzenia 2 jest pokazana tutaj.

Pomiary zależności od temperatury i pola magnetycznego transportu urządzenia 2 nie wykazują żadnych oznak oscylacji w przerwie lub podprzerwie, które są obserwowane dla urządzenia 1. Najważniejszą rzeczą podczas wykonywania tej procedury jest uzyskanie odpowiedniego poziomu H, aby uzyskać dostęp do dwuwymiarowego gazu elektronowego w urządzeniu i utworzyć nanozłącze. Uważam, że dwuwymiarowe skrzyżowania Josephsona mogą być badane o różnych długościach i szerokościach, aby zbadać wpływ wymiarów węzłów na topologiczną fazę obserwacji.

Technika ta umożliwia pomiar setek urządzeń kwantowych w jednym schładzaniu lodówki, torując drogę do realizacji skalowalnych hybrydowych urządzeń kwantowych.