Papers
Topics
Authors
Recent
Search
2000 character limit reached

Demonstration of high-impedance superconducting NbRe Dayem bridges

Published 7 Dec 2023 in cond-mat.supr-con | (2312.04331v2)

Abstract: Here we demonstrate superconducting Dayem-bridge weak-links made of different stoichiometric compositions of NbRe. Our devices possess a relatively high critical temperature, normal-state resistance, and kinetic inductance. In particular, the high kinetic inductance makes this material a good alternative to more conventional niobium-based superconductors (e.g., NbN or NbTiN) for the realization of superinductors and high-quality factor resonators, whereas the high normal-state resistance yields a large output voltage in superconducting switches and logic elements realized upon this compound. Moreover, out-of-plane critical magnetic fields exceeding 2 T ensure that possible applications requiring high magnetic fields can also be envisaged. Altogether, these features make this material appealing for a number of applications in the framework of quantum technologies.

Definition Search Book Streamline Icon: https://streamlinehq.com
References (41)
  1. J. G. Daunt and T. S. Smith, “Superconductivity of Rhenium,” Phys. Rev. 88, 309–311 (1952).
  2. B. Delsol, Elaboration et Caractérisation de Couches Minces Supraconductrices Épitaxiées de Rhénium Sur Saphir, These de doctorat, Université Grenoble Alpes (ComUE) (2015).
  3. K. Ratter, Epitaxial Rhenium, a Clean Limit Superconductor for Superconducting Qbits, Ph.D. thesis, Université Grenoble Alpes (2017).
  4. R. K. Kushwaha, P. K. Meena, S. Jangid, P. Manna, S. Srivastava, T. Kumari, S. Sharma, P. Mishra,  and R. P. Singh, “Superconductivity in new family of Rhenium-based binary alloys: Re$_{7}$X$_{3}$ (X = Nb, Ta, Ti, Zr, Hf),”  (2024), comment: 8 pages, 9 figure, arxiv:2402.07580 [cond-mat] .
  5. C. Cirillo, R. Fittipaldi, M. Smidman, G. Carapella, C. Attanasio, A. Vecchione, R. P. Singh, M. R. Lees, G. Balakrishnan,  and M. Cuoco, “Evidence of double-gap superconductivity in noncentrosymmetric Nb 0.18 Re 0.82 single crystals,” Phys. Rev. B 91, 134508 (2015).
  6. T. Shang, M. Smidman, S. K. Ghosh, C. Baines, L. J. Chang, D. J. Gawryluk, J. A. T. Barker, R. P. Singh, D. McK. Paul, G. Balakrishnan, E. Pomjakushina, M. Shi, M. Medarde, A. D. Hillier, H. Q. Yuan, J. Quintanilla, J. Mesot,  and T. Shiroka, “Time-Reversal Symmetry Breaking in Re-Based Superconductors,” Phys. Rev. Lett. 121, 257002 (2018).
  7. M. Caputo, C. Cirillo,  and C. Attanasio, “NbRe as candidate material for fast single photon detection,” App. Phys. Lett. 111, 192601 (2017).
  8. C. Cirillo, J. Chang, M. Caputo, J. W. N. Los, S. Dorenbos, I. Esmaeil Zadeh,  and C. Attanasio, “Superconducting nanowire single photon detectors based on disordered NbRe films,” App. Phys. Lett. 117, 172602 (2020).
  9. C. Cirillo, V. Granata, A. Spuri, A. Di Bernardo,  and C. Attanasio, “NbReN: A disordered superconductor in thin film form for potential application as superconducting nanowire single photon detector,” Phys. Rev. Mat. 5, 085004 (2021).
  10. M. Ejrnaes, C. Cirillo, D. Salvoni, F. Chianese, C. Bruscino, P. Ercolano, A. Cassinese, C. Attanasio, G. P. Pepe,  and L. Parlato, “Single photon detection in NbRe superconducting microstrips,” App. Phys. Lett. 121, 262601 (2022).
  11. C. Cirillo, G. Carapella, M. Salvato, R. Arpaia, M. Caputo,  and C. Attanasio, “Superconducting properties of noncentrosymmetric Nb 0.18 Re 0.82 thin films probed by transport and tunneling experiments,” Phys. Rev. B 94, 104512 (2016).
  12. M. T. Bell, I. A. Sadovskyy, L. B. Ioffe, A. Yu. Kitaev,  and M. E. Gershenson, “Quantum Superinductor with Tunable Nonlinearity,” Phys. Rev. Lett. 109, 137003 (2012).
  13. I. M. Pop, K. Geerlings, G. Catelani, R. J. Schoelkopf, L. I. Glazman,  and M. H. Devoret, “Coherent suppression of electromagnetic dissipation due to superconducting quasiparticles,” Nature 508, 369–372 (2014).
  14. V. E. Manucharyan, J. Koch, L. I. Glazman,  and M. H. Devoret, “Fluxonium: Single Cooper-Pair Circuit Free of Charge Offsets,” Science 326, 113–116 (2009).
  15. T. M. Hazard, A. Gyenis, A. Di Paolo, A. T. Asfaw, S. A. Lyon, A. Blais,  and A. A. Houck, “Nanowire Superinductance Fluxonium Qubit,” Phys. Rev. Lett. 122, 010504 (2019).
  16. S. Doyle, P. Mauskopf, J. Naylon, A. Porch,  and C. Duncombe, “Lumped Element Kinetic Inductance Detectors,” J Low. Temp. Phys. 151, 530–536 (2008).
  17. A. J. Kerman, E. A. Dauler, J. K. W. Yang, K. M. Rosfjord, V. Anant, K. K. Berggren, G. N. Gol’tsman,  and B. M. Voronov, “Constriction-limited detection efficiency of superconducting nanowire single-photon detectors,” App. Phys. Lett. 90, 101110 (2007).
  18. D. F. Santavicca, J. K. Adams, L. E. Grant, A. N. McCaughan,  and K. K. Berggren, “Microwave dynamics of high aspect ratio superconducting nanowires studied using self-resonance,” J. of App. Phys. 119, 234302 (2016).
  19. O. V. Astafiev, L. B. Ioffe, S. Kafanov, Y. A. Pashkin, K. Y. Arutyunov, D. Shahar, O. Cohen,  and J. S. Tsai, “Coherent quantum phase slip,” Nature 484, 355–358 (2012).
  20. Y. Schön, J. N. Voss, M. Wildermuth, A. Schneider, S. T. Skacel, M. P. Weides, J. H. Cole, H. Rotzinger,  and A. V. Ustinov, “Rabi oscillations in a superconducting nanowire circuit,” npj Quantum Mater. 5, 1–5 (2020).
  21. E. Ilin, X. Song, I. Burkova, A. Silge, Z. Guo, K. Ilin,  and A. Bezryadin, “Supercurrent-controlled kinetic inductance superconducting memory element,” Applied Physics Letters 118, 112603 (2021).
  22. F. Paolucci, F. Vischi, G. De Simoni, C. Guarcello, P. Solinas,  and F. Giazotto, “Field-Effect Controllable Metallic Josephson Interferometer,” Nano Lett. 19, 6263–6269 (2019a).
  23. G. De Simoni, C. Puglia,  and F. Giazotto, “Niobium Dayem nano-bridge Josephson gate-controlled transistors,” App. Phys. Lett. 116, 242601 (2020).
  24. G. De Simoni, F. Paolucci, P. Solinas, E. Strambini,  and F. Giazotto, “Metallic supercurrent field-effect transistor,” Nat. Nano. 13, 802–805 (2018).
  25. F. Paolucci, G. De Simoni, P. Solinas, E. Strambini, C. Puglia, N. Ligato,  and F. Giazotto, “Field-effect control of metallic superconducting systems,” AVS Quant. Sci. 1, 016501 (2019b).
  26. M. Polini, F. Giazotto, K. C. Fong, I. M. Pop, C. Schuck, T. Boccali, G. Signorelli, M. D’Elia, R. H. Hadfield, V. Giovannetti, D. Rossini, A. Tredicucci, D. K. Efetov, F. H. L. Koppens, P. Jarillo-Herrero, A. Grassellino,  and D. Pisignano, “Materials and devices for fundamental quantum science and quantum technologies,”  (2022), comment: 19 pages, 4 figures, 215 references, Perspective article on solid-state quantum technologies, arxiv:2201.09260 [cond-mat, physics:quant-ph] .
  27. M. Tinkham, Introduction to Superconductivity (Courier Corporation, 2004).
  28. L. Ruf, T. Elalaily, C. Puglia, Yu. P. Ivanov, F. Joint, M. Berke, A. Iorio, P. Makk, G. De Simoni, S. Gasparinetti, G. Divitini, S. Csonka, F. Giazotto, E. Scheer,  and A. Di Bernardo, “Effects of fabrication routes and material parameters on the control of superconducting currents by gate voltage,” APL Mat. 11, 091113 (2023).
  29. D. Buck, “The Cryotron-A Superconductive Computer Component,” Proc. IRE 44, 482–493 (1956).
  30. A. N. McCaughan and K. K. Berggren, “A Superconducting-Nanowire Three-Terminal Electrothermal Device,” Nano Lett. 14, 5748–5753 (2014).
  31. A. Buzzi, M. Castellani, R. A. Foster, O. Medeiros, M. Colangelo,  and K. K. Berggren, “A nanocryotron memory and logic family,” Applied Physics Letters 122, 142601 (2023).
  32. R. A. Foster, M. Castellani, A. Buzzi, O. Medeiros, M. Colangelo,  and K. K. Berggren, “A superconducting nanowire binary shift register,” Applied Physics Letters 122, 152601 (2023).
  33. J. Bardeen, “Critical Fields and Currents in Superconductors,” Rev. Mod. Phys. 34, 667–681 (1962).
  34. A. A. Golubov, M. Yu. Kupriyanov,  and E. Il’ichev, “The current-phase relation in Josephson junctions,” Rev. Mod. Phys. 76, 411–469 (2004).
  35. M. Suzuki, M. Baba,  and T. Anayama, “Critical Magnetic Fields of Superconducting NbN Films Prepared by Reactive Sputtering,” Jpn. J. Appl. Phys. 26, 947 (1987).
  36. Z. Makhdoumi Kakhaki, A. Leo, F. Chianese, L. Parlato, G. P. Pepe, A. Nigro, C. Cirillo,  and C. Attanasio, “Upper critical magnetic field in NbRe and NbReN micrometric strips,” Beilstein J. Nanotechnol. 14, 45–51 (2023).
  37. P. Rickhaus, M. Weiss, L. Marot,  and C. Schönenberger, “Quantum Hall Effect in Graphene with Superconducting Electrodes,” Nano Lett. 12, 1942–1945 (2012).
  38. A. J. Annunziata, D. F. Santavicca, L. Frunzio, G. Catelani, M. J. Rooks, A. Frydman,  and D. E. Prober, “Tunable superconducting nanoinductors,” Nanotechnology 21, 445202 (2010).
  39. C. Joshi, W. Chen, H. G. LeDuc, P. K. Day,  and M. Mirhosseini, “Strong kinetic-inductance Kerr nonlinearity with titanium nitride nanowires,”  (2022), arxiv:2208.00317 [cond-mat, physics:quant-ph] .
  40. D. Niepce, J. Burnett,  and J. Bylander, “High Kinetic Inductance Nb N Nanowire Superinductors,” Phys. Rev. Applied 11, 044014 (2019).
  41. P. Harvey-Collard, G. Zheng, J. Dijkema, N. Samkharadze, A. Sammak, G. Scappucci,  and L. M. K. Vandersypen, “On-Chip Microwave Filters for High-Impedance Resonators with Gate-Defined Quantum Dots,” Phys. Rev. Appl. 14, 034025 (2020).

Summary

No one has generated a summary of this paper yet.

Sign Up to Summarize

Paper to Video (Beta)

No one has generated a video about this paper yet.

Sign Up to Generate All Videos Subscribe on YouTube

Whiteboard

No one has generated a whiteboard explanation for this paper yet.

Sign Up to Generate

Open Problems

We haven't generated a list of open problems mentioned in this paper yet.

Generate Now

Continue Learning

We haven't generated follow-up questions for this paper yet.

Generate Now

Collections

Sign up for free to add this paper to one or more collections.

Sign Up

Tweets

Sign up for free to view the 1 tweet with 0 likes about this paper.

Sign Up for Free