06.12.2010
Theoretisch sind kleine Josephson-Kontakte mit vergleichbar großen Josephson- und Ladungsenergien in einer hochohmigen elektromagnetischen Umgebung duale Bauelemente zu den Josephson-Kontakten mit großer Josephson- und verschwindender Ladungsenergie, wie sie für ein Spannungsnormal verwendet werden.
An kleinen Kontakten sollte sich daher bei Speisung mit Wechselspannung der Frequenz f ein Plateau beim Strom I=2ef beobachten lassen (wobei e die Elementarladung ist). Um realisierbare Parameter zu finden, bei denen sich diese Stufen experimentell beobachten lassen könnten, wurden umfangreiche numerische Simulationen durchgeführt. Dabei stellte sich heraus, dass die Elektronentemperatur und das daraus resultierende Rauschen in den benötigten hochohmigen Widerständen kritische Faktoren sind. Die Widerstandstemperatur wurde deshalb in situ mittels eines Supraleiter-Isolator-Normalleiter (SIN) Tunnelkontaktes im relevanten Stromstärkebereich gemessen. Nach Berücksichtigung dieser Daten in der Simulation ergibt sich, dass es sehr schwierig ist, einen für die Stromquantisierung günstigen Parameterbereich zu finden, solange die angelegte Wechselspannung sinusförmig ist (Bild 1).
Analog zum Spannungsnormal ließe sich jedoch bei Pulsbetrieb eine deutlich breitere Stufe erzielen, die auch nach Berücksichtigung des thermischen Rauschens noch einen waagerechten Teil aufweist (Bild 2). Ein Experiment zur Überprüfung dieser Vorhersage befindet sich in Vorbereitung.
Bild 1: Die Simulation zeigt, dass mit sinusförmiger Wechselspannung bei 100 MHz und realistischen Parametern nach Berücksichtigung des thermischen Rauschens keine Stufe mehr beobachtbar ist.
Bild 2: Im Pulsbetrieb mit 100 MHz Wiederholrate ist trotz thermischen Rauschens noch ein Stufe vorhanden.
Ansprechpartner: Felix Maibaum
Fachbereich 2.4: Quantenelektronik