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Neues DFG-Vorhaben zur on-chip-Spektroskopie von Bloch-Oszillationen gestartet

04.12.2020

Die Realisierung von exaktem und kontrolliertem Elementarladungstransport in supraleitenden Tunnelkontakten ist ein wichtiges Thema in der elektrischen Quantenmetrologie, da auf dieser Grundlage neuartige Quantenstromnormale realisiert werden können. In einem neuen von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Projekt werden Bloch-Oszillationen und nicht-klassische Strahlung in supraleitenden Mikrowellenschaltungen untersucht. Das Auftreten von Bloch-Oszillationen indiziert dabei die Quantisierung der Stromstärke in den supraleitenden Schaltungen.

 

 

Das DFG-Projekt „Hochempfindliche on-Chip Spektroskopie von Bloch-Oszillationen und nicht-klassischer Strahlung in kleinen Josephson-Kontakten“ wird in Kooperation zwischen der PTB und einer theoretischen Forschergruppe der RWTH Aachen durchgeführt. Neben wissenschaftlichen und technologischen Weiterentwicklungen auf der Basis von „klassischen“ Bloch-Oszillations-Effekten richtet sich ein theoretischer Schwerpunkt auf Untersuchungen der nicht-klassischen Strahlung in supraleitenden Mikrowellenschaltungen.

Die PTB ist für die experimentellen Arbeiten innerhalb des Projekts verantwortlich. Ziel ist es, eine integrierte Schaltung mit sub-µm-großen Tunnelkontakten herzustellen und auszumessen, bei der das Bloch-Oszillations-Signal angeregt und mittels eines hochempfindlichen, eigens dafür entwickelten Detektors in-situ ausgemessen wird. Die Oszillations-Grundfrequenz fB steht in einer fundamentalen Beziehung zum DC-Transportstrom IB: fB = IB / 2e. Dieser Zusammenhang soll nun verifiziert, bezüglich der Linienbreite untersucht und technisch optimiert werden. Im weiteren Verlauf sollen Bloch- und Josephson-Oszillationen experimentell aneinandergekoppelt werden (Bild). Das Verhältnis der Josephson-Spannung VJ zum Bloch-Strom IB ergibt das Widerstandsquantum RK = h/4e2. Das anspruchsvollste experimentelle Ziel des Projektes besteht darin, dieses fundamentale Verhältnis nachzuweisen und auf diesem Wege einen „supraleitenden Quanten-Hall-Effekt“ zu realisieren.

Einfacher Schaltungsentwurf für das geplante Phasenankopplungs-Experiment zwischen Josephson- und Bloch-Oszillationen über einen koplanaren Wellenleiter

Bild: Einfacher Schaltungsentwurf für das geplante Phasenankopplungs-Experiment zwischen Josephson- und Bloch-Oszillationen über einen koplanaren Wellenleiter. Das Experiment ermöglicht eine Realisierung des Widerstands-Quantums RK mit supraleitenden Bauelementen. Als Detektor (links im Bild) fungiert ein Einzelladungstransistor, der in einem photonenunterstützten Tunnelregime betrieben wird.

 

 


Fachbereich 2.4 „Quantenelektronik“