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The Japan Society of Applied Physics

Fabrication of Cross-type Device of BSCCO for Systematic Study of Switching Characteristics in Intrinsic Josephson Junction

Hitoshi Kambara

Published Jul 8, 2014• 0 citations
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Abstract

ビスマス系高温超伝導体(BSCCO)は, 超伝導転移温度が高く, 大面積の結晶が比較的容易に 育成でき、また劈開性(加工性)が良いことから, その固有ジョセフソン接合を利用したデバイ スの研究が行われてきた. 特に量子ビットとしての応用を目的とした, 微小接合におけるスイッ チング特性の研究[1]は重要である. しかし, 先行研究では集束イオンビーム(FIB)加工の使用な どに起因した接合形状やキャリアドープ量の制御性の悪さおよび素子特性の経時劣化が問題とな っており, 得られたデータは再現性や系統性に欠けているため, 現象の解明の障害となっている. 我々は今回, 両面劈開プロセス[2]により作製された SQUID[3]を参考に, スイッチング特性の測 定に適した微小交差構造素子を作製した(Fig. 1). 材料物質は浮遊帯域溶融法により育成された Bi2Sr2CaCu2O8 単結晶を用いた. 交差構造を用いることで接合形状の対称性および制御性が向上し, フォトリソグラフィーによるパターニングでも5ミクロン角未満の面積を持つ素子を再現性良く 作製することに成功した. また, エッチングにArイオンミリングのみを用いることで, FIB使用の 際に問題となる素子の経時劣化を抑制し, 素子作製後の酸化還元処理によるドープ量制御を可能 とした(Fig. 2). また, 素子の面積および層数の減少により, 低温アニール(~100 °C)のみを用 いて転移温度や臨界電流を均一に制御することにも成功している. これにより, 同一の固有接合 素子を用いた, スイッチング特性の系統的な測定が可能となった.

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本征约瑟夫森结的双面制备工艺与毫米波响应

正昊 顾, 伟伟 许, 琳 康 +4 more

采用基于Bi2Sr2CaCu2O8+x(BSCCO)单晶的双面工艺制备本征Josephson(约瑟夫森) 结. 通过单晶解理和双面氩离子刻蚀的方法, 成功制备出单晶厚度小于200 nm, 一致性良好的本征结器件. 采用准光学系统, 研究了本征结在毫米波辐照下的响应. 垂直于ab面方向磁场的作用使本征结在毫米波辐照下出现Shapiro(夏皮罗)台阶, 而且各个结的约瑟夫森振荡是相位锁定的.

Chinese Science Bulletin (Chinese Version)•Nov 1, 2008•0 citations

Fabrication of Ultrasmall High-Quality Bi2Sr2CaCu2O8+δIntrinsic Josephson Junctions

Tetsuro Matsumoto, Hiromi Kashiwaya, Hajime Shibata +3 more

The fabrication of ultrasmall high-quality intrinsic Josephson junctions (IJJs) using a cuprate superconductor is critical for the realization of a qubit. We investigated the mechanism of damage induced by a Ga + beam in a Bi 2 Sr 2 CaCu 2 O 8+δ IJJ during focused ion beam (FIB) processing. On the basis of the results, we developed a process that allowed the successful fabrication of an ultrasmall and high-quality IJJ. The damage induced by the FIB is reduced by restricting the direction of the Ga + beam so that the junction area is not directly irradiated by the ion beam. The fabricated ultrasmall IJJ device has a junction area of 0.3 µm 2 and shows excellent current–voltage characteristics.

Applied Physics Express•Sep 19, 2008•5 citations

Macroscopic Quantum Tunneling in a Bi2Sr2CaCu2O8+δSingle Crystalline Whisker

Yuimaru Kubo, Takahide Yamaguchi, Shinya Ueda +2 more

Macroscopic quantum tunneling (MQT) has been observed in an intrinsic Josephson junction (IJJ) stack of a Bi 2 Sr 2 CaCu 2 O 8+δ (BSCCO) single crystalline whisker with high precision using a home made setup. The cross-over temperature between thermal activation and MQT was about 260 mK, and the Josephson plasma frequency was estimated to be 86 GHz. Both the thermal escape theory and the MQT theory are consistent with the experiments. These facts strongly suggest that single crystalline BSCCO whiskers are high enough quality to be used as intrinsic Josephson quantum devices such as intrinsic Josephson phase qubits. This is the first demonstration of MQT in BSCCO single crystalline whiskers.

Applied Physics Express•Jun 11, 2010•11 citations

Preparation of niobium based superconducting qubits and auxiliary devices

中国科学院大学,, 中科院物理所固态量子信息与计算实验室,, 中国科学院物理研究所,

近年来超导量子计算的研究方兴未艾，随着谷歌宣布首次实现“量子优势”和对时间晶体的观察，超导量子计算的研究受到了人们进一步的广泛关注。超导量子比特是具有量子化能级、量子态叠加和量子态纠缠等典型量子特性的宏观器件，通过电磁脉冲信号控制磁通量、电荷或具有非线性电感和无能量耗散的约瑟夫森结上的位相差，可对量子态进行精确调控，从而实现量子计算和量子信息处理。超导量子比特有着诸多方面的优势，很有希望成为普适量子计算的核心组成部分。以铌或其它硬金属（如钽等）为首层大面积材料制备的超导量子比特及辅助器件（本文简称铌基器件）拥有其独特的优点以及进一步发展的空间，目前已引起人们越来越多的兴趣。本文将介绍常见的多种超导量子比特的基本构成和工作原理，进而按照器件加工的一般顺序，从基片选择和预处理、薄膜生长、图形转移、刻蚀和约瑟夫森结的制备等方面详细介绍铌基超导量子比特及其辅助器件的多种制备工艺，为超导量子比特的制备提供一个可借鉴的清晰的工艺过程。最后，我们将介绍若干制备铌基超导量子比特与辅助器件的具体例子，并对器件制备的工艺与方法的优化做一展望。

Acta Physica Sinica•Jan 1, 2021•0 citations

微弱信号检测讲座：第五讲 超导电子器件在微弱电磁信号检测中的应用

杨沛然

超导电子器件是一种低温电子器件,它是基干约瑟夫森(Josephson)效应而研制成功的一种新型电子器件.它的基本结构如图1中的插图那样,是一个具有三层结构的二端器件,其中S1和S2是两块超导体。中间由一薄层绝缘体隔开,这层绝缘体的厚度只有几nm. 一、超导电子器件的特性 1.它的直流 I-V 曲线如图1中的曲a 所示.如果逐渐增大通过此二端器件的电流,那么在开始时,器件两端电压为零;当通过的电流达到Ic时,电压从零跳到Vg;当电流继续增大时,电压沿着一条二次曲线上升.如果在此二端器件上加一个直流磁场,则 Ie会减小;当磁场从零增加到某个值Hl时,Ic则会降到零.此时,该器件的I-V曲线如图1中

物理•Jan 20, 1989•0 citations

Towards practical applications of THz Josephson oscillators with sub-mW power and 500 GHz frequency tunability

Huabing Wang, Jie Yuan, Deyue An +11 more

Using a double-sided fabrication method, we fabricated Bi2Sr2CaCu2O8(BSCCO) intrinsic Josephson junctions (IJJs) with a gold-BSCCO-gold structure. Coherent emission is observed at large dc input power, where a hot spot and “cold” part of the stack, coexist. The power, directly detected with a bolometer, is as high as 25 μW, implying the integrated power should be already in the order of sub-mW. We have successfully pumped a Nb-based Josephson junction and a grain boundary Josephson junction. Also with a wide tunable frequency range, BSCCO THz emitters will find themselves many practical applications, e.g., local oscillators of SIS, HEB, and Josephson mixers.

International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz)•Sep 1, 2013•0 citations
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近年来超导量子计算的研究方兴未艾，随着谷歌宣布首次实现“量子优势”和对时间晶体的观察，超导量子计算的研究受到了人们进一步的广泛关注。超导量子比特是具有量子化能级、量子态叠加和量子态纠缠等典型量子特性的宏观器件，通过电磁脉冲信号控制磁通量、电荷或具有非线性电感和无能量耗散的约瑟夫森结上的位相差，可对量子态进行精确调控，从而实现量子计算和量子信息处理。超导量子比特有着诸多方面的优势，很有希望成为普适量子计算的核心组成部分。以铌或其它硬金属（如钽等）为首层大面积材料制备的超导量子比特及辅助器件（本文简称铌基器件）拥有其独特的优点以及进一步发展的空间，目前已引起人们越来越多的兴趣。本文将介绍常见的多种超导量子比特的基本构成和工作原理，进而按照器件加工的一般顺序，从基片选择和预处理、薄膜生长、图形转移、刻蚀和约瑟夫森结的制备等方面详细介绍铌基超导量子比特及其辅助器件的多种制备工艺，为超导量子比特的制备提供一个可借鉴的清晰的工艺过程。最后，我们将介绍若干制备铌基超导量子比特与辅助器件的具体例子，并对器件制备的工艺与方法的优化做一展望。
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