[發明專利]實現拓撲量子比特的裝置和相應的制備方法

有效

• 申請號: 201811416752.0
• 申請日: 2018-11-26
• 公開（公告）號: CN109755379B
• 公開（公告）日: 2020-06-05
• 發明（設計）人: 王駿華;呂力
• 申請（專利權）人: 中國科學院物理研究所
• 主分類號: H01L39/22
• 分類號: H01L39/22;H01L39/24;H01L27/18
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司 11280
• 代理人: 王勇;李科

1.一種實現拓撲量子比特的裝置，包括：

可調門的拓撲絕緣層；

所述拓撲絕緣層之上的第一絕緣層和第二絕緣層；

第一射頻超導量子干涉器和第二射頻超導量子干涉器，所述第一射頻超導量子干涉器包括第一約瑟夫森結和用于連通所述第一約瑟夫森結的超導部分的第一超導連通部分，所述第二射頻超導量子干涉器包括第二約瑟夫森結和用于連通所述第二約瑟夫森結的超導部分的第二超導連通部分，所述第一超導連通部分位于所述第一絕緣層之上，所述第二超導連通部分位于所述第二絕緣層之上，所述第一約瑟夫森結和所述第二約瑟夫森結位于所述第一絕緣層和所述第二絕緣層之間的所述拓撲絕緣層之上并且彼此鄰近，所述第一超導連通部分和所述第二超導連通部分之間的所述第一約瑟夫森結和所述第二約瑟夫森結共同地形成“十”字形結構；

第一超導線和第二超導線，所述第一超導線位于所述第一絕緣層之上所述第一超導連通部分的外側，所述第二超導線位于所述第二絕緣層之上所述第二超導連通部分的外側；

絕緣介質薄膜，其位于所述第一約瑟夫森結和所述第二約瑟夫森結之間并覆蓋所述第一約瑟夫森結的至少一部分和所述第二約瑟夫森結的至少一部分；以及

門電極，其位于所述絕緣介質薄膜之上。

2.根據權利要求1所述的裝置，其中，所述第一絕緣層和所述第二絕緣層分別具有傾斜結構，并且所述第一絕緣層的傾斜結構與所述第二絕緣層的傾斜結構相對。

3.根據權利要求1或2所述的裝置，其中，所述拓撲絕緣層的材料為Bi₂Te₃或Bi₂Se₃。

4.根據權利要求1或2所述的裝置，其中，所述第一約瑟夫森結、所述第二約瑟夫森結、所述第一超導連通部分和所述第二超導連通部分的材料為鉛。

5.根據權利要求1或2所述的裝置，其中，所述第一超導連通部分和所述第二超導連通部分的形狀為環形。

6.根據權利要求1或2所述的裝置，其中，所述絕緣介質薄膜的材料為Al₂O₃。

7.根據權利要求1或2所述的裝置，其中，所述門電極的材料為鈀。

8.根據權利要求1或2所述的裝置，其中，所述第一約瑟夫森結和所述第二約瑟夫森結之間的距離為100-200nm。

9.一種實現拓撲量子比特的裝置的制備方法，包括如下步驟：

步驟一：制備拓撲絕緣層；

步驟二：在所述拓撲絕緣層上生長第一絕緣層和第二絕緣層；

步驟三：在步驟二所得的樣品上制備第一射頻超導量子干涉器和第二射頻超導量子干涉器以及第一超導線和第二超導線，其中，所述第一射頻超導量子干涉器包括第一約瑟夫森結和用于連通所述第一約瑟夫森結的超導部分的第一超導連通部分，所述第二射頻超導量子干涉器包括第二約瑟夫森結和用于連通所述第二約瑟夫森結的超導部分的第二超導連通部分，所述第一超導連通部分位于所述第一絕緣層之上，所述第二超導連通部分位于所述第二絕緣層之上，所述第一約瑟夫森結和所述第二約瑟夫森結位于所述第一絕緣層和所述第二絕緣層之間的所述拓撲絕緣層之上并且彼此鄰近，所述第一超導連通部分和所述第二超導連通部分之間的所述第一約瑟夫森結和所述第二約瑟夫森結共同地形成“十”字形結構，所述第一超導線位于所述第一絕緣層之上所述第一超導連通部分的外側，所述第二超導線位于所述第二絕緣層之上所述第二超導連通部分的外側；

步驟四：在步驟三所得的樣品上生長絕緣介質薄膜，所述絕緣介質薄膜位于所述第一約瑟夫森結和所述第二約瑟夫森結之間并部分覆蓋所述第一約瑟夫森結和所述第二約瑟夫森結；以及

步驟五：所述絕緣介質薄膜之上制備門電極。

10.根據權利要求9所述的方法，其中，在所述步驟二中，在所述第一絕緣層和所述第二絕緣層的彼此面對的側面形成傾斜結構。