The influence of pinholes and weak-points in aluminium-oxide Josephson junctions
本研究通过分子动力学模拟和非平衡格林函数方法，发现氧化铝约瑟夫森结中的针孔和弱点会导致额外电流和偏离理想约瑟夫森关系，影响量子比特稳定性。
2024-02-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Effect of Diffused Hydrogen on the Conductance of Fe/Mgo/Fe Magnetic Tunnel Junctions: Atomistic Simulation
本文用第一性原理计算方法分析了Fe-MgO-Fe磁性隧道结氧化镁势垒制备过程中，间隙中氢原子的扩散对电导的影响。这种氢原子在阻挡层间隙空隙中的扩散干扰了氧化镁所具有的某种对称性，通常称为δ 1状态对称性。δ 1态对称性的畸变使磁隧道结的磁阻变小，特别是在并联结构中，这反过来又在很大程度上降低了隧道磁阻TMR。改进的制造方法可用于解决影响器件操作的此类问题。
2014-08-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Fabrication of stable and reproducible sub-micron tunnel junctions
我们已经进行了详细的时间稳定性和再现性的亚微米$Al/AlO_{x}/Al$隧道结，采用标准的双角度阴影蒸发制造的研究。我们发现，通过在蒸发之前积极地清洁衬底，从而防止结的任何污染，我们获得了非常稳定的氧化物阻挡层。我们还提出了测量大合奏的结，证明了制造过程的再现性。在大的合奏相同制造的结的测量隧道电阻的变化是在只有几个常数的范围内。最后，我们研究了不同热处理对结势垒的影响。这对于意味着对结进行退火的多步骤制造工艺尤其重要。
2011-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Strong Charge-Photon Coupling in Planar Germanium Enabled by Granular Aluminium Superinductors
Institute of Science and Technology Austria（奥地利科学技术研究所）；Politecnico di Milano（米兰理工大学）；Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology (ICN2)（加泰罗尼亚纳米科学和纳米技术研究所）；CSIC（西班牙国家研究委员会）；BIST（巴塞罗那智能科技学院）；ICREA（加泰罗尼亚卓越研究学院）
通过颗粒铝超电感器与锗双量子点结合，实现了强电光耦合，展示了高阻抗超导体在量子器件中的应用潜力。
2024-07-03 cond-mat.mes-hall quant-ph
Superconducting tunnel junction fabrication on three-dimensional topography via direct laser writing
超导结广泛应用于从量子信息科学和传感到固态冷却的众多应用中。传统上，此类器件必须使用标准光刻技术在平坦衬底上制造。在这项研究中，我们展示了一个高度通用的方法，允许超导结上制造一个更复杂的地形。它基于无掩模直接激光写入（DLW）双光子光刻，允许在3D空间中写入。我们表明，高品质的正常金属-绝缘体-超导体（NIS）隧道结可以制作在一个20 $μ$ m高的三维地形顶部。结合更先进的抗蚀剂涂层方法，这种技术可以允许亚微米器件制造几乎任何类型的地形在未来。
2020-09-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Nanolithography by non-contact AFM induced local oxidation : Fabrication of tunneling barriers suitable for single electron devices
我们研究局部氧化诱导的动态原子力显微镜（AFM），通常称为轻敲模式AFM。这使得导致尖端变钝的场致力最小化，并且使我们能够使用非常精细的尖端。我们能够制造Ti/TiOx线栅与18 nm的周期和良好定义的隔离障碍小到15 nm。这些结显示出非线性的电流-电压特性和指数依赖的电导上的氧化物的宽度，表明隧道作为主导的导电机制。从电导势垒宽度的依赖性，我们得到的势垒高度为178毫电子伏。不同尖端几何形状的横向场分布的数值计算允许为最局部化的电场设计最佳尖端。电子束沉积（EBD）技术使得实际生产所需几何形状的尖端成为可能。
1998-05-27 cond-mat.mes-hall
Spin injection, accumulation and spin precession in a mesoscopic non-magn etic metal island
我们实验研究自旋积累在铝岛的所有尺寸小于自旋弛豫长度，使整个岛的自旋不平衡是均匀的。电注入和自旋积累的检测是在一个四终端的几何形状通过四个钴电极通过隧道势垒连接到岛。我们从理论上模拟系统，我们调查的作用的铁磁电极上的自旋积累的限制在电子扩散时间可以忽略不计。我们目前的测量自旋积累在室温下，并在4.2 K：在这两种情况下的自旋积累信号是大于欧姆电阻的铝岛。从室温下的磁化旋进测量中，我们得到了电阻低至20 Ωμm^2的隧道势垒的自旋弛豫时间为60 ps，极化率P = 8%。
2004-11-16 cond-mat.mes-hall
Demonstration of Forward Inter-band Tunneling in GaN by Polarization Engineering
我们报告的GAN带间隧道结显示正向隧穿特性的设计，制造和表征。我们已经实现了非常高的正向隧穿电流（153 mA/cm 2，在10 mV，和17.7 A/cm 2的峰值电流）的极化工程GAN/InGaN/GAN异质结二极管等离子体辅助分子束外延生长。我们还报告了可重复的负微分电阻带间三族氮化物隧道结的观察，峰谷电流比（PVCR）在室温下为4。在这项工作中实现的正向电流密度满足典型的多结太阳能电池的电流驱动要求。
2011-08-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
A scalable non-superconducting tunnel junction technology
VTT Technical Research Centre of Finland Ltd（芬兰国家技术研究中心）；Department of Physics, University of Basel（巴塞尔大学物理系）
本文提出了一种基于TiW合金和AlOx屏障的CMOS兼容非超导隧道结技术，实现了晶圆级制备并验证了其在低温下的性能，为先进低温、量子和纳米电子芯片系统提供了可扩展的解决方案。
2026-02-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Sub-50 mK electronic cooling with large-area superconducting tunnel junctions
在超导隧道结的电子冷却中，冷却功率通过与声子的相互作用和来自过热引线的热流来平衡。我们研究铝基冷却器，配备了一个悬浮正常的金属和一个有效的准颗粒排水。在中等温度下，悬浮的正常金属的声子浴被冷却。在较低的温度下，通过调节结的透明度，我们控制注入电流，从而控制超导体的温度。该装置显示出从150 mK降至约30 mK的强烈冷却，温度为5倍。我们认为，超导体间隙中的空间非均匀性限制了向较低温度冷却。
2014-11-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Sub-micron normal-metal/insulator/superconductor tunnel junction thermometer and cooler using Nb
我们利用电子束光刻和角度蒸发技术在亚微米尺度上成功地制备了Cu/AlOx-Al/Nb正常金属/绝缘体/超导体隧道结器件，其超导能隙高达$\sim 1$ mV。这些结的亚能隙电导显示出预期的强温度依赖性，使它们适合从100 mK到6 K的温度测量。此外，在间隙边缘附近的偏置值处，也可以看到正常金属的一些直接电子冷却。的Al层的几何形状的细节，与横向溢出的铝产生强大的额外的subgap功能的设备性能的强烈影响，和Al层的厚度影响的超导Al/Nb双层的接近的超导能隙值。
2012-06-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Ex-situ Tunnel Junction Process Technique Characterized by Coulomb Blockade Thermometry
我们研究了一种晶圆级隧道结制造方法，其中等离子体蚀刻通过覆盖底部Al电极的介电层限定隧道结区域。通过氧化结区中的底部电极来形成非原位隧道势垒。在150 mm晶片上的室温电阻映射给出了隧道结电阻的局部偏差值，其低于7.5%，平均值为1.3%。的偏差进一步调查的设备，其中有一个隧道结连接到四个阵列组成的N结（N = 41，结直径700 nm）的子-1 K测量。微分电导是在单结和阵列库仑阻塞温度计工作模式下测量的。通过将实验数据与理论模型拟合，我们发现对于2N+1结阵列，局部隧道结电阻偏差的上限为~ 5%。该值与由我们的实验装置的精度定义的最小可检测偏差具有相同的量级。
2010-06-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Tunneling Spectroscopy of Graphene-Boron Nitride Heterostructures
我们报告的石墨烯隧道结的制造和测量使用六方氮化硼作为石墨烯和金属栅极之间的隧道势垒。与声子的相互作用和无序的存在改变了进入石墨烯的隧穿行为。我们提取了石墨烯的性质，并观察到多个声子增强的隧穿阈值。最后，在两个设备的测量性能的差异是用来阐明相互对比的先前结果的扫描隧道显微镜在石墨烯。
2011-08-12 cond-mat.mes-hall
Voltage-controlled inversion of tunnel magnetoresistance in epitaxial Nickel/Graphene/MgO/Cobalt junctions
我们报告的制造和表征的垂直自旋阀结构，使用厚的外延MgO势垒作为间隔层和石墨烯钝化的Ni膜作为底部铁磁电极。该设备显示出强大的和可扩展的隧道磁阻，在改变施加的偏置电压时具有几个符号的变化。这些发现可以用声子辅助的输运机制模型来解释，该模型依赖于混合石墨烯的能带结构和自旋态密度的特殊性|Ni界面。
2014-10-07 cond-mat.mes-hall
Characterization of All-Chromium Tunnel Junctions and Single Electron Tunneling Devices Fabricated by Direct-Writing Multilayer Technique
本文报道了用不同的直写多层膜技术制备的Cr/CrO_x/Cr隧道结和SET晶体管的制备和性能分析。在所有情况下，CrOx隧道势垒都是在环境条件下在空气中形成的。从单结的实验，有效的势垒高度和厚度的值。对于Cr/CrO_x/Cr SET晶体管，我们使用扫描透射电子显微镜对Si_3N_4膜衬底进行电子束曝光，获得了17 x 60 nm ^2的最小结面积。我们讨论了晶体管样品的电性能以及它们的噪声行为。
1999-07-06 cond-mat.mes-hall
Engineering tunnel junctions on ballistic semiconductor nanowires
纳米线器件的典型测量依赖于端到端测量来揭示介观现象，例如量子化电导或库仑阻塞。然而，创建纳米级隧道结允许人们直接测量其他属性，如态密度或电子能量分布函数。在本文中，我们演示了如何实现均匀的隧道结的InSb纳米线，其中低侵入保存纳米线中的弹道输运。隧道结的效用是通过使用超导隧道探针，揭示非平衡性质的InSb纳米线的开放量子点制度的测量证明。在InSb纳米线上制造高质量隧道结的方法适用于其他III-V族纳米线，并允许新的工具来表征局域态密度。
2019-04-30 cond-mat.mes-hall
Multilayer Edge Molecular Devices Based on Plasma Oxidation of Photolithographically Defined Bottom Metal Electrode
利用金属-绝缘体-金属隧道结的两个金属电极作为分子通道的两个电引线的多层边缘分子电子器件（MEMED）可以克服开发未来分子器件的长期存在的制造挑战。然而，制造MEMS绝缘体是MEMED制造中最具挑战性的步骤。提出了一种简化的分子器件方法，避免了在底部电极上沉积新材料以生长绝缘层。本文讨论了在光刻限定的区域内，通过一步氧化钽（Ta）底电极来生长MEMED绝缘体的方法，即通过氧化底金属电极本身来生长钽氧化物（TaOx）绝缘体。将有机分子团簇（OMCs）沿隧道结的周边跨接在1-3 nm的TaOx上，建立了高效的分子导电通道。OMC将TaOx基隧道结的非对称输运分布转化为对称输运分布。具有顶部铁磁（NiFe）电极的TaOx基隧道结表现出几个数量级的瞬态电流抑制。需要进一步的研究来加强电流抑制现象，并实现TaOx基多层边缘分子自旋电子学器件的全部潜力。
2011-11-22 cond-mat.mes-hall
Spin readout of a CMOS quantum dot by gate reflectometry and spin-dependent tunnelling
硅自旋量子比特是实现大规模量子处理器的有希望的候选者，受益于磁安静的宿主材料和利用成熟的硅器件制造行业的前景。我们报道了在300 mm晶圆尺度上用CMOS兼容工艺制造的单占据栅定义的量子点中电子自旋的测量。对于读出，我们采用自旋相关的隧道结合低足迹单引线量子点电荷传感器，使用射频门反射测量。我们证明了使用这种技术在两个设备中的自旋读出，获得谷分裂在0.5-0.7毫电子伏的范围内使用激发态光谱，并测量最大电子自旋弛豫时间（$T_1$）的$9 \pm 3$ s在1特斯拉。这些长寿命表明，这里采用的硅纳米线几何形状和制造工艺显示了量子位器件的巨大潜力，而这里展示的自旋读出方法非常适合各种可扩展的架构。
2020-06-12 cond-mat.mes-hall quant-ph
Hybrid single-electron turnstiles with thick superconducting electrodes for improved quasiparticle relaxation
我们展示了基于阴影蒸发的高质量超小型正常金属-绝缘体-超导体隧道结的制造，其中超导电极的厚度不受小结尺寸要求的限制。的结之间形成的薄膜锰掺杂的铝作为正常的导电电极，覆盖着一个较厚的，超导层的纯铝。我们的特点的结的子间隙电流-电压测量和电荷泵测量在栅极驱动的混合单电子晶体管，作为一个旋转门操作的单电子。该技术允许向具有接近理想的热化超导储层的旋转栅门前进，这是在混合旋转栅门中达到超导电流量化精度的先决条件。我们进一步提出了一种替代的方法来实现小结厚铝引线的基础上多角度沉积。这项工作使未来的调查的旋转栅门的超导体以外的铝，并有利于其他各种铝隧道结器件，准粒子热化是必不可少的。
2017-09-28 cond-mat.mes-hall
Giant perpendicular magnetic anisotropy enhancement in MgO-based magnetic tunnel junction by using Co/Fe composite layer
具有垂直各向异性的磁性隧道结形成自旋转移矩磁性随机存取存储器（STT-MRAM）的基础，STT-MRAM是非易失性的、快速的、密集的，并且具有准无限写入耐久性和低功耗。基于密度泛函理论（DFT）计算，我们提出了一种磁性隧道结的替代设计，其包括具有大大增强的垂直磁各向异性（PMA）的Fe（n）Co（m）Fe（n）/MgO存储层，高达几mJ/m2，利用Fe/MgO的界面垂直各向异性以及应力-在bcc Co中发现了诱导的体PMA。当增加膜厚时，这种巨大的增强支配着退磁能。从Julliere模型估计的隧道磁电阻（TMR）是可比的纯Fe/MgO的情况。我们讨论的优点和缺陷的实际制造的结构，并提出了Fe（3 ML）Co（4 ML）Fe（3 ML）作为存储层的MgO基STT-MRAM单元。应变bcc Co中的大PMA被解释在布鲁诺模型的框架中由MgO施加的应变和随之而来的dyz和dz 2少数自旋带的能量变化。
2020-07-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Electroplating of conformal electrodes for vacuum nanogap tunnel junction
在本研究中，我们在矽基板上沉积铜电极，以实现大面积的电子穿隧真空奈米间隙。我们使用阴极涂层，阴极旋转，不对称电流制度，和电解质温度稳定，以获得规则的几何形状的铜电极，并降低其内部张力。随后，改变内部张力以实现预定义的表面曲率（凹面或凸面）。对于12 mm直径的Ag/Cu电极，我们从Ag侧实现了40 nm/mm的曲率。电极直径减小到3 mm允许曲率低至2.5nm/mm。它还允许在7 mm 2的面积上制造具有小于5 nm宽的纳米间隙的两个共形电极。这种电极可以用于在混合的电子和热隧穿机制中进行有效的能量转换和冷却。
2012-07-19 cond-mat.mes-hall
Side-wall spacer passivated sub-um Josephson junction fabrication process
我们提出了一种结构和超导隧道结的制造方法，尺寸下降到200 nm，使用i线紫外光刻。关键元件是侧壁钝化间隔结构（SWAPS），其形状为平滑的交叉线接触和低寄生电容。SWAPS结构使得能够形成具有处于或低于光刻限制线宽的尺寸的结。另一个好处是避免了非晶介电材料的过度使用，这在亚开尔文微波应用中是有利的，通常受到非线性和有损耗介电常数的困扰。我们将该结构应用于铌三层结，并提供表征结果产生的证据晶圆级的可扩展性，和临界电流密度调谐范围为0.1 - 3.0 kA/cm $^2$。我们讨论的结过程中的不同应用的背景下，如SQUID磁强计和约瑟夫森参量放大器的适用性。
2018-03-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.app-ph
An ion-implanted silicon single-electron transistor
我们报道了一种新型硅单电子晶体管（Si-SET）的制作和在毫开尔文温度下的电学特性。通过将磷离子注入到金属-绝缘体过渡区上方的密度来形成Si-SET的岛和源极-漏极引线，其中隧道结由未掺杂区域产生。每个隧道结上方的表面栅极独立地控制Si-SET岛和引线之间的隧道耦合。该器件显示出具有充电能量e $^2$ /2C $_Σ$ $\sim$ 250 $μ$ eV的周期性库仑阻塞，并展示了使用CMOS加工技术的基于硅的SET的可再现和可控的途径。
2005-10-14 cond-mat.mes-hall
Non-uniform Superlattice Magnetic Tunnel Junctions
我们提出了一类新的非均匀超晶格磁性隧道结（Nu-SLTJ）的线性，高斯，洛伦兹，和Pöschl-teller的宽度和高度为基础的配置文件，表现出相当大的增强TMR（$\approx 10^4-10^6\%$）与开关偏置的显着抑制（$\approx$ 9倍）由于宽带自旋过滤的物理。通过探索各种Nu-SLTJ的电流-电压特性中的负微分电阻区域，我们预测Nu-SLTJ提供最快的自旋转移力矩开关，大约为几百皮秒。我们自洽地采用原子非平衡格林函数形式主义加上Landau-Lifshitz-Gilbert-Slonczewski方程来评估各种Nu-SLTJ的器件性能。我们还提出了最小的三势垒Nu-SLTJ的设计具有显着的TMR（$\approx 10^4\%$）和大的自旋电流，以便于设备制造。我们希望在这项工作中提出的Nu-SLTJ类可以奠定基石，开始探索下一代自旋电子器件的各种非均匀超晶格的令人兴奋的旅程。
2023-03-30 cond-mat.mes-hall
Hybrid ferroelectric tunnel junctions: State-of-the-art, challenges and opportunities
本文系统综述了混合铁电隧道结的最新进展，涵盖铁电与介电、多铁、超导及二维材料等体系的界面调控物理，并重点探讨铁电共振隧穿二极管的新机理、室温调控实例及未来挑战与机遇。
2024-11-22 cond-mat.mes-hall
Niobium nitride-based normal metal-insulator-superconductor tunnel junction microthermometer
采用脉冲激光沉积法（PLD）生长NbN薄膜，电子束光刻和阴影蒸发法制备了微米级Cu-AlO $_{x} $ -Al-NbN正常金属-绝缘体-超导体（NIS）隧道结器件。这些设备的子隙电导表现出很强的温度依赖性，使它们适合从$\sim$ 0.1 K的温度测量的所有方式到超导转变温度的NbN层，这是在这里的$\sim 11$ K，但可以扩展到$\sim 16$ K在我们的PLD室。我们的数据很好地符合单粒子NIS隧道结理论，与观察到的近似超导能隙值$\sim $ 1毫电子伏的40纳米厚的铝覆盖层。虽然超导能隙的这种高值对于潜在的电子NIS冷却应用也是有希望的，但是隧穿电阻的高值抑制了本装置中的电子冷却。然而，这种不透明的屏障对于测温目的是理想的，因为自感热效应因此被最小化。
2013-01-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Quantum charge sensing using a semiconductor device based on $δ$-layer tunnel junctions
本文提出并验证了一种基于APAM制备的半导体高掺杂$δ$-层隧道结的纳米电荷传感器，利用电流变化检测近结电荷，在低电荷浓度下显著优于传统FET传感器，并将其归因于强导带量子化。
2025-05-14 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Electronic cooling of a submicron-sized metallic beam
我们展示了电子冷却的悬浮金钯岛使用超导体绝缘体正常的金属隧道结。这是通过开发一种简单的制造方法来实现的，该方法用于可靠地释放窄的亚微米尺寸的金属梁。该工艺基于反应离子蚀刻并使用导电衬底以避免充电损伤，并且与例如常规电子束光刻、阴影角金属沉积和氧化物隧道结兼容。该设备功能良好，并表现出明显的冷却;在亚开尔文温度下高达两倍。
2008-09-26 cond-mat.mes-hall
Normal metal tunnel junction-based superconducting quantum interference proximity transistor: the N-SQUIPT
我们报道了一种基于普通金属（N）探针的超导量子干涉邻近晶体管（SQUIPT）的替代设计的制造和表征。邻近的金属纳米线和N探针之间没有直接的约瑟夫森耦合，这使得我们能够观察到在施加外部磁场时，在零电压和零电流\textit{via}周围的线态密度的完全调制。这导致功率耗散的急剧抑制，其可以低至几个$\sim 10^{-17}$ W。在这种情况下，干涉仪允许改进高达四个数量级的早期SQUIPT设计，并使其成为超低功率低温应用的理想选择。此外，N-SQUIPT最近被预测为实现基于邻近效应的相干热电子器件的候选者。
2015-11-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Josephson Coupling and Fiske Dynamics in Ferromagnetic Tunnel Junctions
报道了Nb/AlO_x/ Pd_{0.82} Ni_{0.18} /Nb超导体/绝缘体/铁磁金属/超导体（SIFS）约瑟夫森结的制备，该结具有高的临界电流密度、大的法向电阻面积积、高的品质因数和很好的空间均匀性。对于这些结，对于厚度d_F ~ 6 nm的铁磁Pd_{0.82} Ni_{0.18}夹层，观察到从0耦合到π耦合的转变。π-耦合结的磁场依赖性证明了隧穿势垒和铁磁夹层的良好空间均匀性。磁性表征表明，Pd_{0.82} Ni_{0.18}具有面外各向异性和大的饱和磁化强度，表明界面处的死层可以忽略不计。仔细分析Fiske模式提供的信息的结品质因数和相关的阻尼机制高达约400 GHz。而由于准粒子隧穿的损失占主导地位，在低频率，阻尼是由有限的表面电阻的结电极在高频率。已经实现了在200 GHz附近高达30的高品质因数。我们的分析表明，所制备的结在超导量子线路或量子隧穿实验中有很好的应用前景。
2010-08-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
12-spin-qubit arrays fabricated on a 300 mm semiconductor manufacturing line
本文介绍了英特尔在300毫米半导体生产线上制造的代号为Tunnel Falls的12量子点自旋量子比特阵列芯片，验证了利用工业级大批量制造工艺实现可扩展自旋量子比特平台的可行性。
2024-12-21 cond-mat.mes-hall quant-ph
Domain Wall Magnetic Tunnel Junction Reliable Integrate and Fire Neuron
本文提出并制造了基于磁性畴壁和磁性隧道结的积分-发放神经元器件，实现可靠重置，支持脉冲幅度和数量编码，在图像分类任务中性能与理想漏电积分-发放网络相当，首次展示可靠的积分-发放-重置循环。
2024-05-23 cond-mat.mes-hall cs.NE
