开发出控制超导装置中量子束缚态的新方法

发布时间：2024-08-20 14:41:13 栏目：精选知识

导读 韩国浦项科技大学(POSTECH)物理系 Gil-Ho Lee 教授和 Gil Young Cho 教授与日本国立材料科学研究所(NIMS)的 Kenji Watanabe 博士

韩国浦项科技大学(POSTECH)物理系 Gil-Ho Lee 教授和 Gil Young Cho 教授与日本国立材料科学研究所(NIMS)的 Kenji Watanabe 博士和 Takashi Taniguchi 博士合作，利用栅极电压成功控制了双层石墨烯基约瑟夫森结中安德烈夫束缚态的量子力学特性。他们的研究成果发表在物理学领域的国际期刊《物理评论快报》上。



超导体是一种在特定条件下(例如极低温度或高压)呈现零电阻的材料。当将非常薄的正常导体放置在两个超导体之间时，由于邻近效应，超导性延伸到正常导体中，超电流会流过正常导体。这种装置被称为约瑟夫森结。在正常导体内，会形成称为安德烈夫束缚态的新量子态，这对于介导超电流流动至关重要。

安德烈夫束缚态能级数决定了约瑟夫森结的电学性质，它取决于“传导通道长度”(正常导体的长度)与“超导相干长度”(正常导体中可以保持超导状态的长度)的比率。当传导通道较短且安德烈夫束缚态能级数限制为一对时，系统被称为处于“短结极限”。相反，如果有两对以上，则称为“长结极限”。

本次研究中，研究团队利用栅极电压实时控制双层石墨烯的二次能量色散和超导相干长度，并利用前作中发展的隧道谱技术实时观察了不同栅极电压下安德烈夫束缚态的变化，证实了实验结果与理论预测相符。

浦项科技大学量子信息设备研究与教育中心的首席作者兼研究员 Geon-Hyoung Park 表示：“我们在长约瑟夫森结极限中观察到了安德烈夫束缚态，这种现象主要见于短约瑟夫森结极限。”他补充道：“我们预计，仅通过施加栅极电压就可以轻松调整能级数量，从而为量子计算和高精度量子传感器等不同领域提供潜在的应用。”

这项研究得到了韩国国家研究基金会、科学和信息通信技术部、ITRC、空军科学研究办公室、基础科学研究所 (IBS)、三星未来技术孵化计划、三星电子、基础科学研究所、日本学术振兴会 KAKENHI 和世界顶级国际研究中心计划 (WPI) 的支持。