Emergence of Quantum Phase-Slip Behaviour in Superconducting NbN Nanowires: DC Electrical Transport and Fabrication Technologies.
Emergence of Quantum Phase-Slip Behaviour in Superconducting NbN Nanowires: DC Electrical Transport and Fabrication Technologies.
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DOI：
10.3390/nano8060442
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发表时间：
2018-06-16
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Fenton JC
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Constantino NGN;Anwar MS;Kennedy OW;Dang M;Warburton PA;Fenton JC
经历量子相位滑移的超导纳米线在电子设备中具有潜在的影响力，高精度量子电流标准是一种可能的新型组件工具箱。开发这种技术的一个关键因素是了解进行相干量子相移的超导纳米线的要求并控制其生产。我们提出了三种制造技术，基于使用电子束光刻或氖聚焦离子束光刻，用于定义窄超导纳米线，并已使用这些来创建宽度在20-250 nm范围内的氮化铌纳米线。我们在低至300 mK的温度下使用直流电传输对纳米线进行了表征。我们证明了一系列不同的行为可以在不同的纳米线，包括散装超导性质与临界电流的功能，观察相滑移中心和观察零电导低于临界电压，相干量子相滑移的特性。我们观察到的临界电压高达5 mV，比迄今为止的其他报告大一个数量级。不同纳米线中量子相位滑移效应的不同突出性可以理解为是由量子涨落的不同重要性引起的。纳米线性质的控制将为常规制造用于技术应用的相干量子相位滑移纳米线器件铺平道路。
Superconducting nanowires undergoing quantum phase-slips have potential for impact in electronic devices, with a high-accuracy quantum current standard among a possible toolbox of novel components. A key element of developing such technologies is to understand the requirements for, and control the production of, superconducting nanowires that undergo coherent quantum phase-slips. We present three fabrication technologies, based on using electron-beam lithography or neon focussed ion-beam lithography, for defining narrow superconducting nanowires, and have used these to create nanowires in niobium nitride with widths in the range of 20–250 nm. We present characterisation of the nanowires using DC electrical transport at temperatures down to 300 mK. We demonstrate that a range of different behaviours may be obtained in different nanowires, including bulk-like superconducting properties with critical-current features, the observation of phase-slip centres and the observation of zero conductance below a critical voltage, characteristic of coherent quantum phase-slips. We observe critical voltages up to 5 mV, an order of magnitude larger than other reports to date. The different prominence of quantum phase-slip effects in the various nanowires may be understood as arising from the differing importance of quantum fluctuations. Control of the nanowire properties will pave the way for routine fabrication of coherent quantum phase-slip nanowire devices for technology applications.
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