[发明专利]基于反常约瑟夫森效应的器件、其制备及相位调控方法

说明书

本发明提供了一种基于反常约瑟夫森效应的器件所述基于反常约瑟夫森效应的器件从下至上依次包括衬底、纳米片、约瑟夫森N结图层(N为≥3的整数)、第一层金属膜、绝缘层、探测电极图层、第二层金属膜，还提供了其制备及相位调控方法。本发明的基于反常约瑟夫森效应的器件利用反常约瑟夫森效应来调控结区的相位差，从而丰富调控结区相位差的手段，同时也能完全控制约瑟夫森多结所有的相位差，有助于未来对拓扑量子比特的操控与读取。

技术领域

本发明属于拓扑量子计算领域，具体涉及一种基于反常约瑟夫森效应的器件、其制备及相位调控方法。

背景技术

随着微纳技术的发展，集成芯片的尺寸越来越小，也越来越接近量子极限，这也意味着传统的半导体芯片将会受到量子效应的影响而失效，因此发展量子计算将有可能打破这一限制，同时因其所具备的并行计算能力，也有望获得经典计算难以企及的计算能力。目前，量子计算还在发展阶段，存在很多的技术路线，包括离子阱、核磁共振、光量子系统、半导体量子点、超导量子体系以及拓扑量子计算体系。其中拓扑量子计算体系是一种备受瞩目的技术方案，为了实现拓扑量子比特，一种具备广阔前景的方式是在拓扑绝缘体Bi₂Se₃上制备约瑟夫森多结，通过调节超导相位到达特定的范围，使其发生拓扑相变，从而实现拓扑量子计算的操作、读取。

在基于约瑟夫森结的拓扑量子计算中，对量子比特的操控严重依赖于对结区相位差的调控。目前常见的调控方式是通过电流激励、外加磁通来改变超导相位，从而引起结区相位差的变化。但对于多块超导体形成的约瑟夫森N结(N≥3)，受到超导相位单值性的限制，仅能调节N-1个结区的相位差，而对于最后的一个结区，则无法自主的调控。如果利用反常约瑟夫森效应，会产生一个等效的相位差，而不受超导体自身相位的影响。因此，提供一种对于多块超导体形成的约瑟夫森N结(N≥3)的相位差调控变得尤为重要。

发明内容

因此，本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种基于反常约瑟夫森效应的器件、其制备及相位调控方法。利用反常约瑟夫森效应来调控结区的相位差，从而丰富调控结区相位差的手段，同时也能完全控制约瑟夫森多结所有的相位差，有助于未来对拓扑量子比特的操控与读取。

在阐述本发明内容之前，定义本文中所使用的术语如下：

术语“CVD”是指：化学气相沉积法。

术语“PMMA”是指：聚甲基丙烯酸甲酯。

术语“MIBK”是指：甲基异丁酮。

术语“MIBK：IPA＝1:3”是指：甲基异丁酮和异丙醇体积比为1:3的混合液。

术语“诱导超导态”是指：在低温下，普通的半导体材料与超导体接触在一起时，超导体里面的库伯对会扩散到半导体中，使得半导体具有一定程度的超导特性，从而电阻下降。

术语“Andreev束缚态”是指：在约瑟夫森结里面，电子或空穴在结区形成的定态模式。

术语“Zeeman能”是指：电子在磁场中获得的能量。

为实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种基于反常约瑟夫森效应的器件，所述基于反常约瑟夫森效应的器件从下至上依次包括衬底、纳米片、约瑟夫森N结图层(N为≥3的整数)、第一层金属膜、绝缘层、探测电极图层、第二层金属膜；

优选地，所述衬底为提前制备好标记阵列的衬底；和/或

优选地，所述基于反常约瑟夫森效应的器件为约瑟夫森三结器件或约瑟夫森四结器件，最优选为约瑟夫森三结器件。

根据本发明第一方面的基于反常约瑟夫森效应的器件，其中，所述衬底为硅衬底或氧化铝衬底，最优选为硅衬底；