背景介绍

约瑟夫森结（Josephsonjunction）是一种电子电路，当操作在接近绝对零度的温度下，它能够以非常快的速度进行交换。由于载流子密度大，二维（2D）超导电性的原位静电控制通常受到限制，因此很少报道栅极定义的约瑟夫森结。魔角扭曲双层石墨烯（MATBG）是一种将金属相、超导相、磁性相和绝缘相结合在单晶中的多功能平台。虽然MATBG是一个理想的2D栅极可调超导平台，但是由于需要良好定义的栅极区，导致在实际研究中受到阻碍。

成果简介

在年5月3日，瑞士苏黎世联邦理工学院PeterRickhaus（通讯作者）、FolkertK.deVries（通讯作者兼第一作者）等人报道了他们利用多层栅极技术来构建了一个基于魔角扭曲双层石墨烯（MATBG）可调区域中两个不同相位的器件，从而实现了可调谐的约瑟夫森结（JJ）。在该器件中，可以使用三个不同的栅极层来调整扭曲角度为1.06o±0.04o的MATBG。其中，总体载流子密度n是由石墨底栅极控制。当与底部栅极一起调谐时，一对局部顶部栅极（L,R）控制引线nl的密度，并且定义一个长度Lj=nm的约瑟夫森结。而该约瑟夫森结nj中的密度由栅极C控制。作者通过观察两个直流（d.c）约瑟夫森效应来确定JJ的形成，以及阻尼不足的JJ的传统滞后现象和交流（a.c.）约瑟夫森效应。此外，作者还利用了射频（RF）电压激发（VRF），以观察交流约瑟夫森效应，导致观察到Shapiro台阶，而该台阶与频率fRF和超导通量量子h/2e成正比。该工作为在单晶纳米结构中连接栅极定义的相关态的器件迈出了第一步，有助于超导电子学和量子信息技术的应用。

图文导读

图1MATBG栅极定义的JJ中的直流和交流约瑟夫森效应

图2MATBG中的块状超导性

图3栅极定义且可调谐的JJs

图4交流约瑟夫森效应和磁性干扰

总之，作者在MATBG中证明了一种栅极定义超导器件的原理。在一个器件中定义了具有不同长度和超导状态的JJ，从而证明了该方法的灵活性。这项工作通过其平面和栅极可调谐超导性，以及通过制造磁性JJ或超导量子干涉器件等对MATBG中超导性质的研究，有助于其未来进一步的研究，从而走向实际应用。

文献信息

Gate-definedJosephsonjunctionsinmagic-angletwistedbilayergraphene.NatureNanotechnology,,DOI:10./s---2.

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