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Einzelladungs-Schaltungen

Arbeitsgruppe 2.42

Forschung:

Einzelladungs-Transport mit
hybriden S-I-N-I-S-Turnstiles

Wie im Jahre 2008 von den finnischen Forschern um Prof. J. Pekola gezeigt wurde [1] verfügt eine kompakte Transistor-Struktur mit nur zwei ultrakleinen S-I-N Tunnelkontakten und einer kapazitiv angekoppelten HF-Gate-Elektrode zur mittleren Insel (Bild 1) über die bemerkenswerte Eigenschaft, Elektronenladungen einzeln transportieren zu können. Die Bezeichnung S-I-N steht hier für einen Tunnelkontakt zwischen Elektroden aus Supraleiter und Normalleiter, getrennt durch eine Isolierende Tunnelbarriere. Aus diesem Grunde sowie auch wegen des Funktionsprinzips - die einzelnen Ladungen werden zyklisch im Takt der Hochfrequenz durch die normalleitende Insel ein- und ausgeschleust, nennt man diese Schaltung "hybrid turnstile".  In unserer Gruppe untersuchen wir die für die Präzision des Ladungstransportes verantwortlichen physikalischen Grundlagen und entwickeln experimentelle Technologien (siehe, z.B. Ref. [2]) mit dem Ziel, solche Bauelemente für die Metrologie der elektrischen Stromstärke einzusetzen. 

 

Abbildung 1:
Elektronenmikroskopisches Bild eines hybriden Turnstiles.

 

 

Abbildung 2:
Stufen konstanten Stroms für zwei Schaltungstypen, SNS und SNS mit Vorwiderstand (R-SNS).

 

 

[1] J.P. Pekola, J.J. Vartiainen, M. Möttönen, O.-P.Saira, M.Meschke und D.V. Averin, Hybrid single-electron transistor as a source of quantized electric current, Nature Phys. 4, 120 (2008).

 

[2] S. V. Lotkhov, A. Kemppinen, S. Kafanov, J. P. Pekola und A. B. Zorin, Pumping properties of the hybrid single-electron transistor in dissipative environment, Appl. Phys. Lett. 95, 112507 (2009).