Physikalisch-Technische Bundesanstalt

Überdämpfte Josephson-Kontakten lassen sich mit unterschiedlichen Kontakttypen realisieren. Für binär unterteilte programmierbare Spannungsnormale setzen wir SINIS-Kontakte ein, die aus einer Schichtenfolge Supraleiter / Isolator / Normalleiter / Isolator / Supraleiter bestehen, und die wir im Reinraumzentrum der PTB in Dünnschichttechnologie herstellen. Als Supraleiter verwenden wir Niob, als Normalleiter Aluminium und als Isolator Aluminiumoxid, das wir durch Oxidation aus Aluminium herstellen. Die Eigenschaften von SINIS-Kontakten ermöglichen den Betrieb der Schaltungen bei Mikrowellenfrequenzen um 70 GHz. Neben 1-V-Schaltungen aus 8192 SINIS-Kontakten konnten wir erste funktionsfähige 10-V-Schaltungen aus knapp 70 000 SINIS-Kontakten herstellen.

Während die binär unterteilten Josephson-Schaltungen bei einer festen Mikrowellenfrequenz betrieben werden, lassen sich Josephson-Schaltungen auch mit einer Folge von kurzen Strompulsen betreiben. Dabei bestimmt die momentane Pulsfolgefrequenz die gerade erzeugte Ausgangsspannung dieser puls-getriebenen Josephson-Spannungsnormale. Veränderungen der Pulsfolgefrequenz ermöglichen die Erzeugung beliebiger Wellenformen mit diesem JAWS (Josephson Arbitrary Waveform Synthesizer). Mit kommerziellen Pulsgeneratoren lassen sich Pulsfolgefrequenzen von etwa 10 GHz erreichen, was einer Spannung von 20 µV für einen einzelnen Josephson-Kontakt entspricht. Für höhere Ausgangsspannungen werden wieder Reihenschaltungen aus vielen Josephson-Kontakten benötigt (z.B.: 5000 Josephson-Kontakte für Spannungen von 100 mV). Die Josephson-Kontakte der Reihenschaltungen im JAWS bestehen aus SNS-Kontakten, die aus einer Schichtenfolge Supraleiter / Normalleiter / Supraleiter bestehen, und für den Betrieb bei Pulsfolgefrequenzen von 10 GHz gut geeignet sind.