利用聚焦氦离子束制备高度可调的 NbTiN Josephson 结

我们展示了一种直接写入方法，利用氦离子显微镜中的聚焦 He 离子束辐照产生局域无序，从而由高质量超导氮化铌钛（NbTiN）薄膜制备平面 Josephson 结。我们表明，可作为氦离子束注量的函数来控制 NbTiN 中超导性的抑制，由于无序诱导的超导-绝缘体转变具有连续性，使我们能成功制备弱连接从金属相到绝缘相高度可调的 Josephson 结。我们展示了 SNS 与 SIS 两类器件均成功制备，并表明可实现极宽范围（约 5 个数量级）的临界电流密度与结电阻。SNS 型结紧密遵循理想的电阻-电容分流结行为，特征电压高达约 1.5\,mV，并显现出极高阶的 Shapiro 台阶，而 SIS 结也同样良好遵循既有理论。结果表明，由于 NbTiN 优异的机械、电学与微波特性，用此方法由其制备的结适用于超导电子学中的广泛应用。特别地，鉴于 NbTiN 此前已用于制备高品质因子微波谐振器，我们认为该方法是利用单一超导薄膜实现超导量子比特与其他量子器件的一种有前景且简便的途径。