09.11.2012
Für das pulsgetriebene AC Josephson-Spannungsnormal zur Erzeugung spektral reiner Wellenformen werden im Reinraumzentrum die erforderlichen Josephson-Serienschaltungen hergestellt. Durch die Umstellung des Herstellungsprozesses auf SNS-Josephson-Kontakte mit NbxSi1-x-Barrieren können nun auch gestapelte Josephson-Kontakte hergestellt werden, was bei zweifachem Stapeln und vorgegebenem Design die Kontaktzahl verdoppelt. Bis zu 4000 Kontakte konnten so erfolgreich in einer Schaltung integriert werden. Zusätzlich wurde der experimentelle Aufbau zur Messung der JAWS so optimiert, dass zwei Josephson-Schaltungen auf einem einzelnen Mikrochip gleichzeitig betrieben werden können – mit insgesamt 8000 Josephson-Kontakten. Ausgangsspannungen von ca. 250 mVPP sind damit möglich.
Für den direkten Vergleich der sinusförmigen AC-Spannungen zweier Schaltungen wurden die Schaltungen mit einem supraleitenden Draht direkt auf dem Chip so miteinander verbunden, dass die Spannungen entgegen gerichtet waren (entsprechend einer Phasendifferenz von 180 Grad). Um eine zusätzliche Feineinstellung der Phase zu ermöglichen, wurden beide Schaltungen mit einem separaten Pulsgenerator betrieben. Die Phase zwischen diesen Generatoren konnte mit einem Phasensteller präzise eingestellt werden. Die resultierende Differenzspannung wurde mit einem Spektrum-Analysator und einem Lock-In Verstärker gemessen (Bild 1).
Mit zwei Sinus-Wellenformen einer Frequenz von 3750 Hz und einer Amplitude von 24.9 mVPP konnte eine Differenzspannung von nur 0,14 nV mit einer Unsicherheit des Mittelwertes von 0,25 nV mit dem Lock-In Verstärker ermittelt werden (Bild 2), was einer relativen Übereinstimmung von (1,6 ± 2,9) × 10-8 entspricht. Die sehr gute Übereinstimmung der beiden Wellenformen demonstriert die ausgezeichnete Quantisierung der Spannung der JAWS Schaltungen.
Bild 1: Frequenz- (oben) und Zeitbereichsdarstellung (unten) einer Sinus-Wellenform, gemessen mit einem Spektrum-Analysator. Für die Messung wurden zwei Schaltungen mit je 4000 Josephson Kontakten betrieben. Die untere Graphik veranschaulicht die eingebaute Phasendifferenz von 180 Grad sowie die resultierende Differenzspannung (grün), wenn beide Schaltungen aktiv sind.
Bild 2:Differenzsignal der beiden JAWS Wellenformen - gemessen mit einem Lock-in Verstärker.
Ansprechpartner: O. Kieler
Fachbereich 2.4: Quantenelektronik