Сверхпроводящая цепь с эффектом близости
SUPERCONDUCTING CIRCUIT WITH PROXIMITY EFFECT

Приборы и элементы схем, использующие сверхпроводящие цепи с эффектом близости, то есть с участками, в которых реализуется эффект возникновения сверхпроводимости при контакте несверхпроводящих материалов со сверхпроводниками, в настоящее время вызывают растущий интерес, в частности, для применения в качестве сверхпроводящих логических элементов вычислительной техники, а также в сверхпроводящей электронике в целом.
Предлагаемое устройство относится к сверхпроводящим цепям с эффектом близости, позволяющим управлять спектром связанных Андреевских состояний (САС).
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
2
Известно устройство, представляющее собой сверхпроводящую цепь с эффектом близости [Т. Dvir, М. Aprili, С. Н. L. Quay, Н. Steinberg. Zeeman Tunability of Andreev Bound States in van der Waals Tunnel Barr. Physical Review Letters 123, 217003 (2019)] - прототип, состоящее из тонкой (толщиной 2-50 нм) пластины гексагональной модификации диселенида ниобия 2H-NbSe на которую нанесены несколько слоев диселенида вольфрама, в которых за счет дефектов созданы квантовые точки, а на WSe нанесен золотой электрод, причем пластина NbSe также имеет омический контакт для включения устройства в цепь. Это устройство позволяет управлять спектром связанных Андреевских состояний в магнитном поле за счет эффекта Зеемана. Управление спектром позволяет симметрично смещать пики, соответствующие САС, в распределениях дифференциального сопротивления dV/dI по напряжению смещения V вплоть до объединения САС при V=0. Основной недостаток устройства-прототипа - высокая сложность его изготовления, приводящая к проблемам с воспроизводимостью характеристик устройства. Диселенид ниобия имеет четыре основных кристаллографических модификации - три гексагональных, отличающихся количеством слоев, и одну тригональную с ромбоэдрической решеткой. При получении кристаллов и пленок 2H-NbSe практически всегда образуются дефекты в виде прослоек других модификаций, что приводит к снижению критической температуры перехода NbSe в сверхпроводящее состояние. Это, в свою очередь, изменяет характеристики структуры NbSe/WSe/Au. Нанесение практически двумерного слоя WSe на NbSe с созданием в WSe квантовой точки является нетривиальной задачей, решение которой осуществимо в лабораторных условиях для получения отдельных образцов, но слишком сложно для воспроизводимого изготовления структур NbSe/WSe/Au.
Задача предлагаемого изобретения - создание простой в изготовлении сверхпроводящей цепи с эффектом близости.
Поставленная задача решается тем, что в сверхпроводящей цепи с эффектом близости, включающей металлические контакты, металлические контакты выполнены из ниобия и нанесены на монокристаллическую пластину силицида кобальта CoSi, ориентированную в кристаллографической плоскости (001).
Такое устройство является простым в изготовлении и его характеристики хорошо воспроизводятся при изготовлении серии одинаковых структур Nb/CoSi.
Предлагаемое устройство позволяет управлять спектром связанных Андреевских состояний в магнитном поле за счет эффекта Зеемана. Управление спектром позволяет симметрично смещать пики, соответствующие САС, в распределениях дифференциального сопротивления dV/dI по напряжению смещения V вплоть до объединения пиков САС при V=0.
На Фиг. 1 показана зависимость дифференциального сопротивления dV/dI от напряжения смещения V для структуры Nb/CoSi в параллельном магнитном поле. Кривая 1 соответствует величине индукции магнитного поля В=0 Тл, кривая 2-В=1 Тл, кривая 3-В=1,4 Тл и кривая 4-В=1,9 Тл. Стрелками показаны симметричные относительно V=0 пики САС. Из данных на графике хорошо видно, что с ростом величины индукции магнитного поля пики САС управляемо смещаются. При V=0 обеспечивается слияние пиков САС.
Эти результаты получены экспериментально: при исследовании транспортных свойств кристаллов кирального топологического полуметалла CoSi с контактами из сверхпроводящих металлов было обнаружено проявление эффекта близости, выражающегося в возникновении сверхпроводимости в поверхностном слое монокристаллического CoSi, ориентированного в плоскости (001). Применение ниобия в качестве сверхпроводящего металла позволило разработать устройство, позволяющее управлять спектром САС в магнитных полях.
На фиг. 2 показана фотография монокристалла CoSi, выращенного химическим транспортом паров. Красным маркером на поверхности кристалла отмечена плоскость (001), которая является и одной из плоскостей естественной огранки силицида кобальта, и плоскостью спайности в кристаллах CoSi.
Пример исполнения устройства и электрической схемы его подключения показан на Фиг. 3, где 1 - монокристаллическая пластина CoSi, ориентированная в кристаллографической плоскости (001); 2 - контакты из ниобия; 3 - источник электрического тока; 4 - прибор для измерения напряжения; 5 - фазочувствительный усилитель для измерения переменной компоненты модулированного сигнала при измерении зависимостей dV/dI от напряжения V, 6 - заземление.
Предлагаемое устройство работает следующим образом. После подключения структуры CoSi/Nb в соответствии с Фиг. 3 устройство помещается в магнитное поле, вектор индукции которого направлен параллельно плоскости (001) в монокристаллической пластине CoSi. Управление спектром САС осуществляется путем изменения величины индукции магнитного поля в диапазоне 0-1,9 Тл, изменения регистрируются путем измерения зависимости dV/dI от напряжения смещения V. При величине индукции в 1,9 Тл происходит слияние пиков САС.