Gate-tunable Josephson diodes in magic-angle twisted bilayer graphene
RWTH Aachen University（亚琛工业大学）；Forschungszentrum Jülich（于利希研究中心）；University of Hamburg（汉堡大学）；University of Würzburg（维尔茨堡大学）；National Institute for Materials Science（国立材料研究所）；University of Vienna（维也纳大学）
通过测量魔角扭曲双层石墨烯中两个相邻的门定义约瑟夫森结，发现显著的门可调约瑟夫森二极管效应，归因于大动能电感和非均匀超流分布，并可通过栅压调控二极管效率和极性。
2025-10-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene-based Josephson junction microwave bolometer
灵敏的微波探测器是射电天文学、暗物质轴子研究和超导量子信息科学中的关键仪器。实现更高灵敏度测辐射热的传统策略是纳米制造更小的设备以增强热响应。然而，这一方向越来越难以获得有效的光子耦合，并在具有大表面积与体积比的器件中保持材料特性。在这里，我们将这个概念推进到基于单层石墨烯的最终薄的测辐射热传感器。利用超导体石墨烯微小的电子比热和热导率，研制了一种超导体石墨烯超导体（SGS）约瑟夫森结测辐射热计，该测辐射热计嵌入谐振频率为7.9GHz的微波谐振腔中，耦合效率超过99%.从约瑟夫森开关电流对工作温度、电荷密度、输入功率和频率的依赖关系，我们证明了噪声等效功率（NEP）为7 $\times 10^{-19}$ W/Hz $^{1/2}$，对应于32 GHz的单光子能量分辨率，在0.19 K时达到了本征热涨落的基本极限。
2020-11-05 astro-ph.IM cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Graphene-based Josephson junction single photon detector
我们建议使用石墨烯为基础的约瑟夫森结（gJjs）检测单光子在一个广泛的电磁波谱频谱从可见光到射频。我们的方法利用了单层石墨烯极低的电子热容及其对声子自由度的有限热导。这种系统可以提供包括量子信息处理和射电天文学的研究领域所需的高灵敏度光子探测。作为一个例子，我们提出了我们的设备概念gJj单光子探测器在微波和红外制度。暗计数率和固有量子效率是根据测量的gJj的参数计算的，证明了现有技术的可行性。
2017-09-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Josephson coupling between superconducting islands on single and bilayer graphene
我们研究了超导（SC）岛通过单层（SLG）和双层（BLG）石墨烯表面的约瑟夫森耦合，作为晶粒之间的距离，温度，化学势和外部（横向）栅电压的函数。对于SLG，我们提供了与现有文献的比较。邻近效应通过松原格林函数方法进行了分析。这代表了讨论薄膜内颗粒超导性开始的条件的第一步，超导体之间流动的约瑟夫森电流使之成为可能。为了确保2D样品上的相位相干性，可以假设SLG片上的SC岛（或插入BLG片）的随机空间分布。BLG的可调栅压感生带隙影响了样品中每对SC岛的约瑟夫森耦合距离特性的渐近衰减，最终导致Berezinskiii-Kosterlitz-BLG无相变临界温度与栅压的关系具有定性的强场依赖性。
2014-12-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Graphene amplifier reaches the quantum-noise limit
石墨烯基约瑟夫森参量放大器的新闻和观点。
2023-01-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Vertical Nb Josephson junctions fabricated by direct metal deposition on both surfaces of freestanding graphene layers
Seoul National University（首尔大学）；Institute for Basic Science (IBS)（基础科学研究院）；Sungkyunkwan University (SKKU)（成均馆大学）
本研究通过双面处理自由悬挂石墨烯层，实现了无需暴露埋藏界面的垂直Nb约瑟夫森结制备，验证了其高质量和短接结行为。
2026-02-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
All Magnesium diboride Josephson Junctions with MgO and native oxide barriers
我们目前的结果，所有的MgB 2隧道结，其中隧道势垒沉积MgO或本机氧化物的基极。对于MgO结，滞后I-V曲线类似于传统欠阻尼约瑟夫森结特性，临界电流-电阻积几乎与结面积无关。临界电流对温度的依赖性高达20 K，与[Ambegaokar和Baratoff，Phys. Rev. Lett. 10，486（1963）]表达。对于本征氧化层的结，电导在低偏压下表现出亚能隙特征，而在高偏压下则表现出厚势垒。结果，在后者中没有观察到超导电流，尽管存在超过30 K的超导能隙。
2010-03-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Gas Barrier Performance of Graphene/Polymer Nanocomposites
由于其出色的电气，机械和热性能，石墨烯正在探索广泛的应用，并吸引了巨大的学术和工业兴趣。石墨烯及其衍生物也被认为是聚合物纳米复合材料（PNC）气体阻隔应用中有前途的纳米填料。本文综述了近年来石墨烯及其衍生物在不同聚合物基体纳米复合材料制备中的应用研究进展。介绍了石墨烯基纳米碳纤维的主要合成方法，包括溶液法、熔融法、原位聚合法和层层法。聚合物基质中的石墨烯层能够产生曲折的路径，其用作气体的屏障结构。高弯曲度导致PNC的更高阻隔性能和更低渗透性。这些填料（石墨烯及其衍生物）的固有特性和它们在聚合物基体中的分散状态对石墨烯/PNC的气体阻隔性能的影响进行了讨论。石墨烯/PNC的阻隔性能的分析建模方面也进行了详细的审查。我们还讨论和解决一些工作的混合基质膜的气体分离。
2015-09-18 cond-mat.mtrl-sci
Fabrication of Nb/Al2O3/Nb Josephson Junctions using in situ Magnetron Sputtering and Atomic Layer Deposition
原子层淀积（ALD）技术为低缺陷密度隧道势垒的制备提供了一种很有前途的方法，并在高真空磁控溅射系统中实现了在超导体-绝缘体-超导体（SIS）约瑟夫森结中原位淀积ALD-Al_2 O_3隧道势垒。在Al润湿的Nb底部电极上生长光滑的ALD-Al 2 O3阻挡层，然后使用溅射生长顶部Nb电极。由这些三层制成的约瑟夫森结的电流-电压特性（IVC）的初步低温测量证实了ALD-Al 2 O 3阻挡层的完整性。然而，IcRN产品的交界处是远远小于预期的值从Ambegaokar-Baratoff公式表明一个显着的对断裂机制的接口。
2013-09-17 cond-mat.mtrl-sci
Gate-Defined Topological Josephson Junctions in Bernal Bilayer Graphene
该研究提出以BLG/WSe₂异质结为平台构建栅极定义的平面拓扑约瑟夫森结，证明在特定超导态下施加弱面内磁场可在势垒区形成Majorana零模，为低无序的内部工程化拓扑超导提供新途径。
2023-12-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
Controlling the thickness of Josephson tunnel barriers with atomic layer deposition
原子层沉积（ALD）是用于产生具有较低缺陷密度的用于量子位应用的约瑟夫森结（JJ）的有前景的技术。将ALD用于JJ的关键问题是在隧道势垒下方形成的界面层（IL）。ALD Al_2O_3和Al之间形成的IL高达2nm。然而，对于小于1 nm的ALD膜，IL厚度未知。在这项工作中，Nb-Al-ALD-Al_2 O_3-Nb三层的隧道势垒从0.6 - 1.6 nm的原位生长。制备具有热氧化隧道势垒的Nb-Al-AlOx-Nb JJ以供参考。在300 K下，使用四点法获得RN。JC及其对势垒厚度的依赖性由Ambegaokar-Baratoff公式计算。Al表面采用从头计算分子动力学模拟研究Al 2 O3在Al上的成核。在4 K下的电流-电压特性，以证实室温测量。总之，这些结果表明，ALD可以用于生长具有可控隧道电阻和JC的均匀的隧道势垒，但是在ALD生长的成核阶段期间形成薄的IL，这可能使Al不适合作为基于ALD JJ的量子位的合适的润湿层。
2014-08-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Large-scale BN tunnel barriers for graphene spintronics
我们已经利用化学气相沉积（CVD）制成的可扩展材料制造了石墨烯自旋阀器件。自旋传输石墨烯和隧道势垒材料都是CVD生长的。隧道势垒由h-BN实现，其用作单层或双层并放置在石墨烯上。自旋输运实验进行了使用铁磁接触沉积到障碍。我们发现，由于电阻失配，自旋注入在具有单层隧穿势垒的器件中仍然受到很大的抑制。然而，对于具有双层屏障的器件，情况并非如此。对于这些装置，推导出CVD石墨烯材料固有的260 ps的自旋弛豫时间。该时间尺度与对于剥离的石墨烯所报道的时间尺度相当，这表明该CVD方法对于需要可扩展材料的自旋电子应用是有希望的。
2014-07-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Experimental realization of single electron tunneling diode based on vertical graphene two-barrier junction
通常，石墨烯在其水平方向上用于设计新概念器件。在这里，我们报告了一个单电子隧穿二极管的基础上量子隧穿通过垂直石墨烯双势垒结。通过将扫描隧道显微镜（STM）尖端定位在沉积在石墨表面上的石墨烯纳米颗粒上方来形成结。由于双势垒结的不对称性，电子可以从针尖单向转移到石墨烯纳米管，但不能从石墨烯单向转移到针尖。这一结果为在垂直方向上设计新型石墨烯晶体管提供了有趣的机会。
2012-04-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Efficient spin injection into graphene through a tunnel barrier: overcoming the spin conductance mismatch
采用第一性原理计算，我们研究了自旋注入从铁磁（FM）电极（Ni）到石墨烯的效率和可能的增强，通过使用之间的电极和石墨烯的障碍。三种类型的障碍，h-BN，Cu（111），和石墨，不同的厚度（0-3层）被认为是和Ni/障碍/石墨烯结的电偏置电导计算。研究发现，石墨烯的少子自旋输运通道可以被h-BN绝缘势垒强烈抑制，从而获得高的自旋注入效率。另一方面，由于自旋电导失配，计算的Ni/Cu/石墨烯和Ni/石墨/石墨烯结的自旋注入效率较低。对系统电子结构的进一步研究表明，在隧道势垒存在下的高自旋注入效率是由于其对石墨烯的两个自旋态的不对称效应。
2014-11-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Inhomogeneity in barrier height at graphene/Si (GaAs) Schottky junctions
与半导体接合的石墨烯形成具有整流特性的肖特基结，然而，经常观察到肖特基势垒高度的波动。在这项工作中，肖特基结的制造通过转移化学气相沉积单层石墨烯到n型Si和GaAs衬底。在215 ~ 350 K温度范围内，通过电流-电压测量，得到了势垒高度和理想因子随温度的变化关系。随着温度的升高，两个结的零偏势垒高度增加，理想因子减少。这种行为是由于势垒的不均匀性，所产生的界面状态所揭示的扫描隧道显微镜/光谱。假设势垒高度的高斯分布，对于石墨烯Si和GaAs结分别发现1.14（+/-）0.14eV和0.76（+/-）0.10eV的平均值。这些研究结果提供了深入了解的势垒高度的不均匀性，在石墨烯为基础的肖特基结，石墨烯与Si和GaAs器件架构的集成至关重要。
2015-03-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Momentum-Space AC Josephson Effect and Intervalley Coherence in Multilayer Graphene
本文提出多层石墨烯谷间相干态在静态磁场下会产生动量空间中的AC约瑟夫森效应，表现为振荡谷间电流和可探测的AC霍尔效应，并计算了菱方三层石墨烯中约12 GHz的轨道磁化振荡频率。
2025-04-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Planar graphene-NbSe$_2$ Josephson junctions in a parallel magnetic field
薄的过渡金属二硫属化物在大的面内磁场下由于伊辛自旋轨道保护而保持超导性，伊辛自旋轨道保护将它们的自旋锁定在面外取向。在这里，我们使用薄的NbSe $_2$作为超导电极横向耦合到石墨烯，使平面，所有范德华二维约瑟夫森结（2DJJ）。我们绘制出这些新的设备的行为相对于温度，栅极电压，以及面外和面内磁场。值得注意的是，2DJJ维持高达$H_\parallel$的超电流高达8.5 T，其中塞曼能量$E_Z$与无磁能量$E_{Th}$竞争，这是石墨烯中迄今为止无法达到的状态。随着平行磁场$H_\parallel$的增加，2DJJ的临界电流被抑制，并且在少数情况下经历抑制和恢复。我们探讨的行为在$H_\parallel$理论上考虑两种效果：0- $π$过渡诱导的塞曼能量的调谐和独特的效果的波纹在原子薄层中创建一个小的空间变化的垂直分量的字段。的2DJJ具有潜在的实用性作为灵活的探针在各种材料的二维超导性，并引入高$H_\parallel$作为一个新的可访问的实验旋钮。
2021-06-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Semi-massless fermions tunneling through a gate barrier in graphene
在强烈变形的石墨烯的情况下，在临界变形时，无间隙石墨烯可以转变为有间隙石墨烯。我们发现，像半无质量的费米子一样，变形石墨烯中的电子在临界点处模仿无质量费米子在一个方向上的分散，而大质量费米子在另一个方向上的分散。我们预测的色散公式是以前预测的公式的推广。粒子状半无质量费米子隧穿栅势垒的行为与原始石墨烯中（纯）无质量费米子隧穿栅势垒的行为进行了对比。这是由于在临界变形时，无质量和有质量颗粒弥散的组合效应。
2010-09-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
$φ_0$-Josephson junction in twisted bilayer graphene induced by a valley-polarized state
本研究提出 MATBG 中连接两个超导区的谷极化态可形成纯电控 $φ_0$-Josephson 结，并用非均匀谷极化序参量解释实验中的异常夫琅禾费图样。
2023-04-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el
