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Peter Grünberg Institut
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Supraleiter-Nanodraht Hybridstrukturen

Wenn ein Halbleiternanodraht mit zwei supraleitenden Elektroden in kurzem Abstand kontaktiert wird, kann ein Josephson Suprastrom beobachtet werden.

nDer Transport kann im Rahmen der phasenkohärenten Andreev-Reflexion beschrieben werden. Bei dem Andreev-Reflexion-Prozess wird ein vom Normalleiter auf den Supraleiter auftreffendes Elektron als Loch retroreflektiert. Gleichzeitig wird im Supraleiter ein Cooper-Paar erzeugt. Das Cooper-Paar trägt den Josephson-Suprastrom. Die kleinen Abmessungen der Halbleiternanodrähte erlauben es Quantisierungseffekte aufgrund der räumlichen Einschränkung zu beobachten.

In der Abbildung unten ist eine elektronenmikroskopische Aufnahme einer Nb/InN-Nanodraht/Nb-Struktur zu sehen. Die supraleitenden Nb Elektroden wurden mittels Elektronenstrahllithographie und Sputtern präpariert.


Nb/InN-Nanodraht/Nb Hybrid-KontaktRasterelektronenmikroskopaufnahme eines Nb/InN-Nanodraht/Nb Hybrid-Kontaktes

Eine typische Strom-Spannungs-Kennlinie eines Nb/InN-Nanodraht/Nb-Kontaktes ist in der nächsten Abbildung zu sehen. Bei einer Temperatur von 0.8 K ist der kritische Strom, der maximale Josephson-Suprastrom, größer als 5 µA. Mit zunehmender Temperatur nimmt der kritische Strom ab. Die Hysterese in der Kennlinie ist durch Aufheizungseffekte bedingt.

Nb/InN/Nb Hybridstruktur: Strom-Spannungs-KennlinieStrom-Spannungs-Kennlinie eines Nb/InN-Nandraht/Nb Josephson-Kontaktes bei unterschiedlichen Temperaturen

Referenzen

R. Frielinghaus,  I. E. Batov, M. Weides, H. Kohlstedt, R. Calarco, and Th. Schäpers,
Josephson supercurrent in Nb/InN-nanowire/Nb junctions
Appl. Phys. Lett.  96, 132504 (2010).

H. Y. Günel, I. E. Batov, H. Hardtdegen, K. Sladek, A. Winden, K. Weis, G. Panaitov, D. Grützmacher, and Th. Schäpers
Supercurrent in Nb/InAs-nanowire/Nb Josephson junctions
J. Appl. Phys.  112, 034316 (2012).


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