我们证明,可以设计中红外跨带过渡的吸收饱和,以10-20 kW cm 2的中等光强度和室温下。该结构由一系列具有明智设计的253 nm厚的GAAS/ALGAAS半导体异质结构的金属 - 气管导体 - 金属金属斑块组成。在低入射强度下,结构在强光 - 耦合方面起作用,并在接近8.9 L m的波长下表现出两个吸收峰。饱和作为向弱耦合方案的过渡,因此,在增加入射强度时向单峰吸收。与耦合模式理论模型进行比较解释了数据,并允许推断相关的系统参数。当泵激光器在空腔频率上调谐时,随着入射强度的增加,反射率会降低。相反,当激光器以极化频率调谐时,反射性非线性会随着入射强度的增加而增加。在这些波长下,系统模仿了MID-IR范围内可饱和吸收镜的行为,这是当前缺失的技术。
我们从理论上研究了三端约瑟夫森连接中的超导二极管效应。超导系统中的二极管效应通常与在相反方向流动的电流的临界电流存在差异有关。我们表明,在多末端系统中,这种效果自然发生,而无需任何自旋相互作用,这是由于携带超恒星的Andreev结合状态之间存在相对移位的结果。在一个三末端交界处的示例中,我们证明了一个超导接触中的非重点电流可以通过对其他触点的适当相位偏置来诱导,前提是系统中至少有两个Andreev绑定状态,并且系统的对称性被打破。在描述短期和长时间连接的数值模型中证实了此结果。通过优化连接点的几何形状,我们表明已实现的超导二极管的效率超过35%。我们将预测与对多末端连接的最新实验相关联,在该实验中,观察到非相互超电流。
开发大规模超导量子处理器的方法必须应对固态设备中普遍存在的大量微观自由度。最先进的超导量子比特采用氧化铝 (AlO x ) 隧道约瑟夫森结作为执行量子操作所需的非线性源。对这些结的分析通常假设一种理想化的纯正弦电流相位关系。然而,这种关系预计仅在 AlO x 屏障中透明度极低的通道极限下成立。在这里,我们表明标准电流相位关系无法准确描述不同样品和实验室中 transmon 人造原子的能谱。相反,通过非均匀 AlO x 屏障的介观隧穿模型预测了更高约瑟夫森谐波的百分比级贡献。通过将这些包括在 transmon 哈密顿量中,我们获得了计算和测量能谱之间数量级更好的一致性。约瑟夫森谐波的存在和影响对于开发基于 AlO x 的量子技术(包括量子计算机和参数放大器)具有重要意义。例如,我们表明,经过设计的约瑟夫森谐波可以将传输量子比特中的电荷分散和相关误差降低一个数量级,同时保持其非谐性。
Martina Trahs,Larissa Melikek,Jacob F. Steinen Tammena,Nils Bogs,Nils Bagram Gamed,Kixtix Vend,Casharina Frank
因此,可以通过执行各个量子数交换的所有可能组合来获得允许的对振幅(eqs。(S2)和(S3)),填充反对称条件等式。(S1)。这样做,我们发现八个允许尊重反对称条件的对对称类别,其中4对应于奇数相关性,请参见表S1。特定相关性是超导索引(sup。索引)在扩大允许的对对称性方面起着至关重要的作用。表S1在主文本的“ jjs中的us频间振幅”部分中显示为表1。在没有任何自旋粘合字段的情况下,出现对的相关性的自旋对称性与母体超导体的自旋对称性相同。因此,在我们的研究中允许的对对称类别(不存在旋转式粘合字段)是ESEE和OSOE对对称类别:它们对应于超导体指数中的偶数(奇数频率)旋转(奇数)均匀(奇数)旋转单元(奇数),甚至对应于超导器指数。通过包括一个自旋混合字段,可以获得表S1中对应于OTEE和OTOO对对称类别的奇数自旋 - 三个三角对振幅,可以用作超导阶段高度可控制的旋转源,从而可以使超导性旋转旋转的超导量。由于我们在主文本中提出的结果中没有自旋混合字段,因此其中的对对称性表现出父母超导体的自旋对称性,即自旋单旋。这是在主文本的“ JJS中的persupconductor对振幅”部分中特别讨论的。
所研究的设备包含平面JJS,由厚度为70 nm的NB膜制成。该胶片是通过在氧化的Si晶片上在室温下在室温下溅射沉积的。首先通过光刻和活性离子蚀刻将薄膜构成约6 µm宽的桥梁,然后由Ga+聚焦离子束(FIB)FEI NOVA 200。JJS具有可变的厚度桥结构。它们是通过通过fib在NB层中切一个狭窄的凹槽而制成的。单线切割,名义宽度为零,在10 pA和30/10 kV加速电压下进行。蚀刻时间是自动限制的。“长” JJ2是使用30 kV梁制成的,其斑点尺寸约为7 nm,而“短” JJ1是用10 kV fib制成的,其斑点大小约为两倍。由于NB的重新沉积,FIB切割的深度在纵横比(深度/宽度)〜2处是自限制(请参阅参考文献中的讨论[1])。结果,JJ1既比JJ2更宽又深,如图3(a),导致临界电流的相应差异。
设计并制作了一种基于电流偏置约瑟夫森结 (CBJJ) 阈值行为的约瑟夫森辐射阈值探测器 (JRTD),用于低温红外辐射 (IR@1550nm) 检测。为了实现最佳性能,我们开发了一种二元假设检测方法来校准无辐射和有辐射时的约瑟夫森阈值行为(即 CBJJ 与 Al/AlO x /Al 结的开关电流分布)。在没有红外辐射的情况下,结点转变,结点两端的电压降可测量,该信号被视为假设 H 0 的事件。在有红外辐射的情况下观察到的结点转变事件作为假设 H 1 。考虑到通常的高斯噪声并基于统计决策理论,对测得的开关电流分布的累积数据进行处理,并估算了所演示的 JRTD 设备的阈值灵敏度。所提出的探测器的最小可探测红外辐射功率约为 0.74 pW,这对应于 5.692 × 10 6 光子/秒的光子速率。进一步优化 JRTD 以实现所需的单光子二元检测仍然是一个争论的主题,至少在理论上是如此。
基于 Al/AlO x /Al 约瑟夫森结的超导量子比特是通用量子计算机物理实现最有希望的候选者之一。由于可扩展性和与最先进的纳米电子工艺的兼容性,人们可以在单个硅芯片上制造数百个量子比特。然而,由非晶电介质中的双层系统(包括隧道势垒 AlO x )引起的这些系统中的退相干是主要问题之一。我们报告了一种约瑟夫森结热退火工艺开发,用于结晶非晶势垒氧化物(AlO x )。获得了热退火参数对室温电阻的依赖关系。所开发的方法不仅可以将约瑟夫森结电阻提高 175%,还可以将其降低 60%,R n 的精度为 10%。最后,提出了关于隧道势垒结构修改的理论假设。建议的热退火方法可用于为广泛使用的固定频率 transmon 量子比特形成稳定且可重复的隧道屏障和可扩展的频率调整。
SDE扩展的最有希望的平台之一是基于拓扑绝缘体的二极管[1]。Ti的表面提供了强的自旋轨道耦合(SOC),这使得有可能证明具有实质性的磁电效应[2]。已经向基于Ti的Josephson连接处的磁电效应支付了特殊的注意,在那里它以异常的基态相移的形式揭示了自己[3,4]。最近,已经证明,在Ti杂种结构中,在空间分离超导性和铁磁性的结构中,也对基态进行了修改[5,6]。在这种情况下,基态对应于空间不均匀的超导顺序参数。这种超导状态通常称为螺旋状态[7]。超导螺旋状态成为实现SDE的选择之一[8]。由有限的库珀对动量描述,螺旋状态可以在反转和时间反向对称性的系统中进行实现。前者与哈密顿式的SOC术语的出现相连,而后者可以由磁场引入。在这种情况下,库珀对动量的方向取决于磁场的方向。库珀对的有限含量,锁定在磁场的方向上,导致各种系统中的非偏置下降电流。在这里,我们讨论了Ti表面状态在S/TI/S系统中使用平面内Zeeman字段中的Josephson Critistal Crister和非转流运输的六角形翘曲的后果。在基于TI的设备中,六角形翘曲的影响很重要,因为它可以显着改变某些运输特性。例如,众所周知,由于费米表面的变形,在缺陷附近的伴侣效应得到了强烈增强[9]。翘曲术语也导致自旋的各向异性
我们研究了铁磁异常的约瑟夫森连接的开关电流分布,该连接构成线性增加的偏置电流。我们的研究发现了开关电流分布的位置与关键系统参数之间的显着相关性,例如自旋 - 轨道耦合的强度和吉尔伯特阻尼参数。这表明可以通过实验测量直接确定这些参数。通过对噪声,磁化,相动态和开关电流分布的统计特性之间的相互作用进行全面分析,我们加深了对这些有趣的低温旋转型旋转设备的理解。这些发现有可能在量子计算体系结构和信息处理技术领域的应用中进行应用。