铝氧化物约瑟夫森结中针孔与弱点的效应

约瑟夫森结是用于量子计算的超导量子比特中的关键组件。量子计算的发展受限于量子比特稳定性和可重复性的不足，其根源最终在于约瑟夫森结的非晶隧道势垒及其他材料缺陷。结中的针孔被认为可能是导致这些不稳定性的因素之一，但其存在的证据及其对输运的影响尚不清楚。我们利用分子动力学创建三维原子模型来描述 Al-AlOx-Al 隧道结，表明当势垒氧化不完全时会形成针孔。随后，我们利用该原子模型，采用非平衡格林函数形式模拟了具有不同势垒厚度的隧道结的电子输运性质。我们观察到，针孔可能导致较薄势垒的 Al-AlOx-Al 隧道结中出现过量的准粒子电流；而在较厚势垒中，我们观察到弱点，即使氧化物连续也会促成泄漏电流。我们发现非晶势垒的无序性质导致输运性质显著变化。此外，我们确定了原子结构的电流-相位关系，证实具有针孔和弱点的器件会引起对理想正弦约瑟夫森关系的偏离。