A quantum dot in germanium proximitized by a superconductor

量子点 材料科学 超导电性 凝聚态物理 工程物理 纳米技术 光电子学 物理
作者
Lazar Lakic,William I. L. Lawrie,David van Driel,Lucas E. A. Stehouwer,Suwei Yao,Menno Veldhorst,Giordano Scappucci,Ferdinand Kuemmeth,Anasua Chatterjee
出处
期刊:Nature Materials [Nature Portfolio]
被引量:1
标识
DOI:10.1038/s41563-024-02095-5
摘要

As one of the few group IV materials with the potential to host superconductor–semiconductor hybrid devices, planar germanium hosting proximitized quantum dots is a compelling platform to achieve and combine topological superconductivity with existing and new qubit modalities. We demonstrate a quantum dot in a Ge/SiGe heterostructure proximitized by a platinum germanosilicide (PtSiGe) superconducting lead, forming a superconducting lead–quantum dot–superconducting lead junction. We show tunability of the coupling strength between the quantum dot and the superconducting lead, and gate control of the ratio of charging energy and the induced gap, and we tune the ground state of the system between even and odd parity. Furthermore, we characterize critical magnetic field strengths, finding a critical out-of-plane field of 0.90 ± 0.04 T. Finally, we explore sub-gap spin splitting, observing rich physics in the resulting spectra, that we model using a zero-bandwidth model in the Yu–Shiba–Rusinov limit. Our findings open up the physics of alternative spin and superconducting qubits, and the physics of Josephson junction arrays, in germanium. The authors achieve gate-controlled proximitization of a quantum dot in a planar germanium heterostructure, an isotopically purifiable group IV material. A patterned Pt germanosilicide superconductor is introduced via a thermally activated reaction.
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