YBa2Cu3O7晶界结与由聚焦离子束刻蚀至80 nm线宽的低噪声超导量子干涉器件

通过聚焦离子束铣削，制备了宽度为 $80\,{\rm nm} \le w \le 7.8\,\mu$m 的 YBa$_2$Cu$_3$O$_7$ 24$^\circ$ (30$^\circ$) 双晶晶界结，并以 60\,nm (20\,nm) 厚的 Au 分流。在 4.2\,K 下，我们发现临界电流密度 $j_c$ 在 $10^5\,{\rm A/cm^2}$ 量级（对 $w$ 无明显依赖关系），并且电阻乘以结面积 $\rho$ 随 $\rho\propto w^{1/2}$ 近似标度增加。对于最窄的 GBJ，$j_c\rho\approx 100\,\mu$V，这对于实现用于探测小自旋系统的灵敏 nanoSQUID 具有广阔前景。我们证明了我们的制备工艺能够实现灵敏的纳米尺度 dc SQUID；对于具有 $w\approx 100$\,nm 宽 GBJ 的 SQUID，我们在白噪声极限下发现其均方根磁通噪声谱密度为 $S_\Phi^{1/2}\approx 4\,\mu\Phi_0/{\rm Hz}^{1/2}$。我们还推导了自旋灵敏度 $S_\mu^{1/2}$ 的表达式，它取决于 $S_\Phi^{1/2}$、待 SQUID 探测的磁性粒子磁矩的位置与取向，以及 SQUID 几何结构。对于本文提出的未优化的 SQUID，我们估计 $S_\mu^{1/2}=390\,\mu_B/\sqrt{\rm{Hz}}$，这可以通过至少一个数量级得到进一步改善。