用于小磁性颗粒研究的亚微米 Nb/HfTi/Nb 结超导量子干涉器件

我们在 $4.2\,\mathrm{K}$ 温度下研究了基于具有 HfTi 势垒的亚微米约瑟夫森结的小型化 Nb 直流超导量子干涉器件 (SQUID) 的电输运、磁通噪声以及由此产生的自旋灵敏度。这些 SQUID 的布局要么是磁强计型，要么是梯度计型。在白噪声区域，对于最佳磁强计，我们获得了磁通噪声 $S_{\Phi}^{1/2}=250\,\mathrm{n}\Phi_0/\mathrm{Hz}^{1/2}$，对应的自旋灵敏度 $S^{1/2}_\mu\,\ge\,29\,\mu_B/\mathrm{Hz}^{1/2}$。对于梯度计，我们得到 $S_{\Phi}^{1/2}=300\,\mathrm{n}\Phi_0/\mathrm{Hz}^{1/2}$ 和 $S^{1/2}_\mu\,\ge\,44\,\mu_B/\mathrm{Hz}^{1/2}$。这些器件在磁通噪声以及磁性颗粒与 SQUID 之间的耦合方面仍有优化空间，有望进一步提升以实现单自旋分辨。