Hard superconducting gap in germanium

约瑟夫森效应 超导电性 量子计算机 超导量子计算 量子位元 半导体 凝聚态物理 材料科学 光电子学 量子 物理 工程物理 量子力学
作者
Alberto Tosato,Vukan Levajac,Ji‐Yin Wang,Casper J. Boor,Francesco Borsoi,Marc Botifoll,Carla Borja,Sara Martí‐Sánchez,Jordi Arbiol,Amir Sammak,Menno Veldhorst,Giordano Scappucci
出处
期刊:Communications materials [Nature Portfolio]
卷期号:4 (1) 被引量:39
标识
DOI:10.1038/s43246-023-00351-w
摘要

The co-integration of spin, superconducting, and topological systems is emerging as an exciting pathway for scalable and high-fidelity quantum information technology. High-mobility planar germanium is a front-runner semiconductor for building quantum processors with spin-qubits, but progress with hybrid superconductor-semiconductor devices is hindered because obtaining a superconducting gap free of subgap states (hard gap) has proven difficult. Here we solve this challenge by developing a low-disorder, oxide-free interface between high-mobility planar germanium and a germanosilicide parent superconductor. This superconducting contact is formed by the thermally-activated solid phase reaction between a metal (Pt) and the semiconductor heterostructure (Ge/SiGe). Electrical characterization reveals near-unity transparency in Josephson junctions and, importantly, a hard induced superconducting gap in quantum point contacts. Furthermore, we demonstrate phase control of a Josephson junction and study transport in a gated two-dimensional superconductor-semiconductor array towards scalable architectures. These results expand the quantum technology toolbox in germanium and provide new avenues for exploring monolithic superconductor-semiconductor quantum circuits towards scalable quantum information processing.
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