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第三代超导-半导体复合器件制备工艺——一种同时实现原子级异质界面以及能带调控的通用型方法 | 进展

中科院物理所  · 公众号  · 物理  · 2024-08-29 17:00

主要观点总结

该文章介绍了一种通用方法,用于实现原子级衔接的异质界面和高质量的复合器件,用于拓扑量子比特的研发。该方法可以有效地调节能带弯曲强度和电荷空间分布,以提高器件性能。文章还介绍了实验过程和结果,包括电子显微镜图像、输运研究、理论计算和计算模拟等。该工作得到了多项基金和研究的资助和支持。

关键观点总结

关键观点1: 研发了一种通用方法,用于制作高质量异质界面和复合器件,适用于拓扑量子比特的制备。

该方法解决了复合量子器件中一直存在的高质量界面和微加工工艺不兼容问题,尝试突破拓扑量子比特所需要的高质量和复杂器件兼具的瓶颈。

关键观点2: 该方法可以有效地调节超导体与半导体纳米线之间的能带弯曲情况,并调节两者之间的耦合程度。

通过控制氩气刻蚀参数,构筑了高质量的具有原子层界面和弹道输运的量子器件,有效调节界面能带性质,实现了大诱导超导能隙、非局域的交叉安德略夫反射等有利于构建拓扑量子比特的要素。

关键观点3: 通过电子显微镜图像、输运研究、理论计算和计算模拟等方法,对实验过程和结果进行了详细阐述。

实验观测到了清晰的原子级可分辨的异质界面,表现出良好的接触,并获得了具有量子化电导平台的弹道输运性质和良好的诱导超导性质。

关键观点4: 合作团队包括多个国内外知名大学和研究所的科学家,共同推动了该研究领域的进展。

合作团队包括中国科学院物理研究所、北京凝聚态物理国家研究中心、波兰克拉科夫AGH科技大学、荷兰爱因霍弗理工大学等,共同推动了拓扑量子比特的研发和相关技术的突破。


文章预览

金属-半导体的异质界面 对现代电子器件的性能起着至关重要的作用。当半导体和金属接触时, 界面处的能带弯曲情 况 极大地影响了接触(电阻)的性质;它的细节,比如欧姆接触还是具有肖特基势垒,导致不同的电荷密度和电场分布,控制了整个器件的电学性质和对外界调控的响应。一个特殊类型是超导体(如铝、铅)和具有强自旋轨道耦合的半导体纳米线(如InSb、InAs纳米线)的复合器件,因为它有可能实现马约拉纳零能模和拓扑量子计算。在这种超导体-半导体异质结中,两种材料波函数的耦合同样依赖于界面能带性质,因为它决定了 波函数的杂化程度 以及 杂化后的整体性能 ,比如诱导超导能隙大小、有效朗德g因子大小和自旋轨道耦合强度等。尽管它很重要,但是一直缺乏系统的实验研究,一个重要的原因是无法对界面处能带情况以及接 ………………………………

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