性都花花世界 电子学院徐洪起课题组与互助者在半导体-超导体复合器件谈判中获得新进展

半导体-超导体复合量子器件因可用于容错拓扑量子盘算而备受柔软。近日性都花花世界，北京大学电子学院、北京量子信息科学谈判院（简称北京量子院）徐洪起教讲课题组与北京量子院、中科院半导体所、中科院物理所等互助，谈判了基于这类系统的约瑟夫森结在微波放射下的超导二极管效应，发现通过增大微波放射功率可使该约瑟夫森结具有单向超导电性，即零电压Shapiro平台仅存在于正负电流成见中的一个方朝上，使约瑟夫森结超导二极管的整流着力达到100%。2024年8月21日，筹划后果以“Microwave-Assisted Unidirectional Superconductivity in Al-InAs Nanowire-Al Junctions under Magnetic Fields”为题发表在Physical Review Letters上。

微波率领单向超导电性——当外加偏置电流成见回转，超导系统的临界电流可能出现对于电流成见不合称的行径，这被称为超导二极管效应。该效应在构建低功耗逻辑器件以及探伤奇异量子态方面具有紧迫应用，连年来备受柔软。先前对于超导二极管效应的谈判主要皆集在静态条款，且十足单向超导电性的行径较为忽视。徐洪起课题组与互助者遴荐InAs纳米线和原位外延孕育铝薄膜构成的复合结构制作了约瑟夫森结，哄骗微波放射变嫌超导临界电流的不合称行径，终赫然对超导二极管效应的调控。发咫尺有限磁场下，器件在莫得微波放射时证明出极度微小的超导二极管效应（图1b绿线和红线）。但跟着微波放射的开启偏激功率的加多，V-I弧线零电压Shapiro台阶的中心位置冉冉偏离偏置电流零点，最终变成一个真义真义的单向超导现象，即零电压Shapiro台阶仅出咫尺正负偏置电流中的一个方朝上，而通例有电阻态则出咫尺零偏置电流隔壁（图1d 红线）。磁场角度依赖干系的测量进一步标明该表象是内禀于系统的。

图1. 微波放射下的超导二极管效应谈判：（a）器件结构和测量表示默示图；（b—d）典型的测量界限性都花花世界

与先前表面对比——另一个真义真义的所在是履行中不雅察到的零电压Shapiro台阶中心位置随微波放射功率加多而迁徙的趋势不相沿先前表面谈判中常用的RSJ（resistively shunted junction）模子的盘算界限。证据RSJ模子的模拟盘算，零电压Shapiro台阶中心位置跟着微波功率的加多应当冉冉趋近电流偏置零点，而履行不雅察到的则是冉冉辩别零点（图2）。这评释履行中不雅测到的效应与先前常用的表面预言存在微不雅机理上的分辩。理解这种分辩需要进一步通过提议新的微不雅机理进行建模盘算和相应的履行测量谈判。

图2. 履行测得的Shapiro台阶随微波放射功率变化的演化趋势。这里展示了对两个器件（Device A and Device B）在不同放射微波频率下的测量界限，每幅图中的双箭头指令了测量经由中的偏置电流的扫描成见。界限败露：零电压平台跟着微波放射功率变化而迁徙

这项职责将股东超导二极管器件的高频能源学谈判，也为谈判约瑟夫森结系统中的对称性破缺提供了一种颖异的探伤决策。将来，高质料可调控半导体-超导体复合量子器件在周期场开拔点下的内禀物理问题也值得作念进一步探索。

该后果第一作家为北京大学博士生苏海天性都花花世界，共同通信作家为中科院半导体所谈判员潘东，北京量子院副谈判员张泼，徐洪起。互助者还包括北京大学博士生高涵和罗毅，北京量子院副谈判员王积银、助理谈判员颜世莉和吴幸军，中科院物理所博士生李国安、特聘谈判员沈洁和谈判员吕力，中科院半导体所谈判员赵建华。该职责得到国度当然科学基金委和中国科学院后生更动促进会相沿。器件加工得到北京大学校级微纳加工履行室、北京量子院微纳加工平台、北京怀柔概括极点条款履行装配微纳加工履行室的相沿。