Джозефсонів критичний струм в Nb/Al—AlOx—Nb-переходах з нанометровим Al-прошарком: керування дисипацією енергії

Abstract

Дану роботу спрямовано на пошук прийнятної технології виготовлення придатних до практичних використань Джозефсонових переходів, які б переходили зі стану із зовнішнім шунтуванням до стану із внутрішнім шунтуванням при зміні зовнішніх параметрів, а також були б здатні працювати за температур, створюваних рефрижераторами із замкненим цикльом. Виконані експериментальні та теоретичні дослідження Джозефсонового ефекту в тонкоплівкових S/N—I—S-переходах, що мають дві надпровідні ніобійові електроди (S), нанометровий алюмінійовий прошарок (N) та тунельний бар’єр з оксиду алюмінію AlOx (I). Продемонстровано, що мініщі- лина, яка утворилася в електронному спектрі шару нормального металу Al, що знаходиться в контакті із надпровідником Nb, визначає температурну залежність критичного надпровідного струму в S/N—I—S-переходах. На базі цього спостереження запропоновано методу керування дисипацією енергії в Джозефсоновому переході шляхом зміни його температури.

This work is stimulated by a search for a suitable technology for fabrication of practically applicable Josephson junctions that could be tuned from underto overdamped type by an external parameter and capable to work at temperatures accessible by closed-cycle refrigerators. Experimental and theoretical studies of the Josephson effect in S/N—I—S junctions made of two superconducting Nb electrodes (S), a nanometre-scale Al interlayer (N), and the AlOx tunnel barrier (I) are carried out. As shown, the minigap developed inthe electron spectrum of a normal-metal Al layer in contact with a superconductor determines the temperature dependence of the critical current in the S/N—I—S devices. This observation suggests the possibility of controlling the energy dissipation of a Josephson junction by temperature.

Настоящая работа направлена на поиск приемлемой технологии изготовления пригодных для практического использования переходов Джозефсона, которые переходили бы из состояния с внешним шунтированием в состояние с внутренним шунтированием в результате изменения внешних параметров, а также могли бы работать при температурах, создаваемых рефрижераторами замкнутого цикла. Выполнены экспериментальные и теоретические исследования эффекта Джозефсона в тонкопленочных S/N—I—S- переходах, которые включают в себя два сверхпроводящих ниобиевых электрода (S), наноразмерную алюминиевую прослойку (N) и туннельный барьер из оксида алюминия AlOx (I). Показано, что минищель, которая образовалась в электронном спектре пленки нормального метала Al, находящегося в контакте со сверхпроводником Nb, определяет температурную зависимость критического сверхпроводящего тока в S/N—I—S-переходах. На основе этого наблюдения предложен метод управления диссипацией энергии в переходе Джозефсона посредством изменения его температуры.