Josephson Nanokontakten hergestellt mit einem fokussierten He-Ionenstrahl

• Antragsteller: Dr. Edward Goldobin
• Fachliche Zuordnung: Experimentelle Physik der kondensierten Materie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 424544156

Das kürzlich entwickelte und kommerziell erhältliche He-Ionen-Mikroskop (HIM) liefert einen hoch fokussierten He-Ionenstrahl (He-FIB) mit einer Spotgröße von ~ 0,5 nm. Dies ermöglicht nicht nur eine ultrahochauflösende Bildgebung, sondern bietet auch hochinteressante Perspektiven für die kontrollierte Modifikation dünner Filme auf der nm-Skala.In diesem Projekt werden wir das Potenzial der kontrollierten nanoskaligen Modifizierung dünner Schichten aus Kupratsupraleitern mithilfe eines He-FIB erkunden. Die Wahl von Kuprat-Supraleitern wird durch ihre besonderen Eigenschaften motiviert: (i) die ultrakurze Kohärenzlänge erlaubt es, ihre Eigenschaften auf der atomaren Skala zu verändern, (ii) die d-Wellensymmetrie des supraleitenden Ordnungsparameters ermöglicht die Realisierung von unkonventionellen Josephson-Kontakten, z.B. geometrische pi-Kontakte, und (iii) durch Variation der Dotierung kann man diese Materialien vom supraleitenden in den isolierenden Zustand treiben.Das Projekt konzentriert sich hauptsächlich auf den gut untersuchten Kuprat-Supraleiter YBCO, dessen Dotierung (Sauerstoffgehalt) durch He-FIB-Bestrahlung lokal modifiziert werden kann. Durch "Zeichnen" einer Linie unter Verwendung eines He-FIB mit geeigneter Dosis über den YBCO-Film kann eine Josephson-Barriere erzeugt werden. Solche Josephson-Kontakte können frei auf einem Chip platziert werden und unterschiedliche Orientierungen aufweisen. Die kritischen Stromdichten können kontrollierbar auf einem Chip variiert werden, indem die He-FIB-Dosis entsprechend eingestellt wird. Bei He-FIB-Bestrahlung mit hoher Dosis kann man hochohmige Wände und Bereiche "schreiben". Dies soll verwendet werden, um ultra-schmale Einschnürungs-Kontakte, supraleitende Quanteninterferenzdetektoren (SQUIDs) und neuartige Josephson-Bauelemente zu realisieren. Die einstellbare Bestrahlungsdosis und ultrahohe räumliche Auflösung sollen genutzt werden, um neuartige supraleitende nanoskalige elektronische Bauelemente und Schaltungen zu generieren, die bisher nicht realisierbar waren.Das Projekt gliedert sich in drei Hauptteile: Optimierung der He-FIB-Technologie zur nanoskaligen Modifizierung von Kupratsupraleitern; Untersuchungen zu grundlegenden Eigenschaften von He-FIB induzierten Josephson-Kontakten und SQUIDs sowie neuartige Bauelemente. Insgesamt wollen wir die grundlegenden Eigenschaften der mit einem He-FIB hergestellten Josephson-Kontakte in Kupratsupraleitern untersuchen, die Grenzen dieser neuen Technologie ausloten und die Perspektiven für die Realisierung komplexerer und neuartiger Josephson-Bauelemente und -Schaltungen erforschen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Schweden, USA
• Kooperationspartner: Professor Dr. Thilo Bauch; Professor Dr. Shane Cybart