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InSb量子井戸における弾道的超伝導と可変π接合
Ballistic superconductivity and tunable π-junctions in InSb quantum wells.
PMID: 31434887 PMCID: PMC6704170. DOI: 10.1038/s41467-019-11742-4.
抄録
大きなスピン軌道結合を持つ半導体量子井戸中に作られた平面ジョセフソン接合(JJ)は、トポロジカル超伝導をホストすることができる。特にアンチモン化インジウム(InSb)二次元電子ガス(2DEG)は、大きなランデg因子と高いキャリア移動度を持つため、これに適していますが、これらの二次元電子ガス中の超伝導ハイブリッドは未開発のままです。ここでは、高品質のInSb二次元電子系でJJを作製し、ミクロン単位の長さでの弾道的超伝導の証拠を提供します。ゼーマン場は、0-π転移に関連して、接合部での超伝導の明瞭なリバイバルを生成する。これらの遷移はデバイス設計によって制御でき、ゲートを用いてその場で調整できることを示す。また、実験結果と弾道的π-ジョセフソン接合の理論とを比較することで、定量的に優れた一致が得られました。この結果は、InSb量子井戸が超伝導、スピン軌道相互作用、磁性の相互作用を研究するための有望な新しい材料プラットフォームであることを示している。
Planar Josephson junctions (JJs) made in semiconductor quantum wells with large spin-orbit coupling are capable of hosting topological superconductivity. Indium antimonide (InSb) two-dimensional electron gases (2DEGs) are particularly suited for this due to their large Landé g-factor and high carrier mobility, however superconducting hybrids in these 2DEGs remain unexplored. Here we create JJs in high quality InSb 2DEGs and provide evidence of ballistic superconductivity over micron-scale lengths. A Zeeman field produces distinct revivals of the supercurrent in the junction, associated with a 0-π transition. We show that these transitions can be controlled by device design, and tuned in-situ using gates. A comparison between experiments and the theory of ballistic π-Josephson junctions gives excellent quantitative agreement. Our results therefore establish InSb quantum wells as a promising new material platform to study the interplay between superconductivity, spin-orbit interaction and magnetism.