Nano Letters: 縮放基于石墨烯的長擴散約瑟夫森結中的臨界電流

摘要：目前，我們通過基于石墨烯的長擴散約瑟夫森結傳導測量值。很多結點由化學氣相沉積石墨烯單疇晶體組成，接觸寬度為0~9nm，但長度變化從400到1000 nm不等。載流子密度通過柵極電壓調整，這些結點處的臨界電流范圍從毫微安到多5μA多，而Thouless能量，E_Th，幾乎涵蓋了2個數量級。在此范圍內，臨界電流和正常電值的乘積阻I_CR_N同預期理論相同，即I_CR_N同E_Th線性增長。然而，I_CR_N同E_Th的比值在0.1?0.2間，這遠小于預測的10（對于長擴散的SNS結）。

電流可以無損耗流動從常規材料（非超導材料）到超導材料。將石墨烯作為一個正常區域，可創建門既有高電子遷移率又有大的費米速度的可調諧超導器件。因此，清潔設備的超電流可以以微米尺度在彈道傳播。然而，允許電流通過擴散石墨烯運輸的機制尚不完全清楚。即使在相對一般的樣品中，超電流可以穿透超過一微米的通道，但是，臨界電流通道長度的依賴性尚未被探索.

來自美國杜克大學的Chung Ting Ke、Gleb Finkelstein等研究人員對（由相同石墨烯組成的）不同長度的約瑟夫森結里I_CR_N和E_Th的關系進行了探索。發現在廣泛的臨界電流（覆蓋超過2個數量級）和密度遠離狄拉克點的地方，I_CR_N確實與E_Th成正比。然而，比例系數與預期值10相比被顯著抑制。

圖文解讀：

圖1 約瑟夫森結顯微圖像及電流與柵極電壓的關系：（a）基于石墨烯的約瑟夫森結裝置的光學顯微鏡圖像。在化學氣相沉積石墨烯中定義一個9*20μm的活動區域，其中未使用的材料被蝕刻掉。相同寬度但不同長度（400，600，1000，1500，和2000納米）的約瑟夫森結，是由沉積超導金屬接觸石墨烯制成。為了形成電阻以便于從電路的其余部分隔離結點，位于遠離電極的部分活性區被氧等離子體氧化。只有前三個結點用于這項工作。（b）差動式電阻dv /dl在400納米交界處測量應用電流和柵極電壓。從40到-40 V全背柵通過不同范圍電流被分為三個獨立映射。超導區域在0電流周圍（消失電阻暗區）被觀察。電流從負到正偏置掃過。I_R，從正常到超導狀態（負電流觀察）可與I_S相媲美且規模較小，I_S，從超導到正常狀態（正電流觀察）。（C）在狄拉克點附件放大阻抗映射。

圖2 ?R_N、I_C、E_Th、I_CR_N與V_G-V_D的關系：（a）正常電阻（b）臨界電流（C）計算Thouless能量（d）I_C R_N產品，從狄拉克點、V_G-V_D、三處不同長度結點測量柵極電壓。在C圖里，E_Th曲線在DP發散，因為平均密度變為零，而電阻仍為有限值。因此我們忽略了從V_G 到DP的7V之間的數據。在這個制度之外，E_Th比KBT的五倍還要大，（在文獻9中）它允許我們用0℃限制。很明顯，c圖上三曲線的形狀和相對值類似于d組，除了DP附近。

圖3 ?I_C值與E_Th /eR_N值的關系曲線：通過I_C值與E_Th /eR_N值標繪三個結點的曲線。顯然，I_C與E_Th /eR_N對于三個結點有相同的線性關系且系數相同。然而，在本文討論中，相對于文獻9的理論結果，比例系數被一個因素50-100抑制。藍線表示預期尺度eI_CR_N≈10E_Th，而紫色對應eI_CR_N = 0.14E_Th。

該成果近期發表在Nano ?Letters上，論文鏈接：Topological Defects at the Graphene/h-BN interface Abnormally Enhance Its Thermal Conductance（Nano ?Letters，2016，DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b00738）

該文獻解讀由材料人編輯部于晗投稿，材料牛編輯整理。

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