Kapuzási mechanizmus vizsgálata Ta szupravezető nanovezetékeken
Szupravezető építőkövekből felépülő integrált áramköröknek számos kedvező tulajdonsága lenne, ilyen például a nagy számítási sebesség és a kis energiaigény. Az elmúlt években rendkívül érdekes jelenséget figyeltek meg a témában, melynek lényege, hogy a szupravezető nanovezeték közelébe helyezett elektródára feszültséget kapcsolva a szuperáram elnyomható. Ez a jelenség lehetőséget kínál arra, hogy szupravezető anyagok segítségével is készüljenek kapuzással vezérelhető áramköri elemek, hasonlóan a térvezérelt tranzisztorokhoz. A jelenséget eddig több különböző anyagon vizsgálták, azonban a mikroszkopikus magyarázatáról nincs tudományos konszenzus. Dolgozatomban InAs nanopálcákra epitaxiális eljárás segítségével létrehozott Ta szupravezetőn vizsgálom a jelenséget.
Dolgozatom első részében tárgyalom a legfontosabb elméleti ismereteket. A Josephson átmenet esetéből kiindulva bemutatom hogy a szupravezető átmenetekre jellemző kritikus áram milyen eloszlást követ. Munkám következő részében az általunk használt nanopálcák növesztésének módszerét ismertetem, majd bemutatom a mintakészítési eljárást. Az elkészült mintákon kriogenikus környezetben végeztünk méréseket.
Dolgozatomban megmutatom, hogy a Ta minták különösen ígéretesek szupravezető elektronikák létrehozására, mivel a szuper áram elnyomását ~5 V feszültséggel el lehet érni más szupravezetőknél tapasztalt 30-100 V feszültség tartományhoz képest, így integrálhatóságuk a szokványos elektronikai elemekkel megoldott. Részletesen vizsgáltuk a szuperáram elnyomást véges mágneses térben. Kimutattuk, hogy a hőmérsékleti gerjesztések és a kapu által keltett gerjesztések merőben másféle szuperáram eloszlást eredményeznek, melyből arra lehet következtetni, hogy a termikus egyensúlytól távol van a rendszer kapufeszültség alkalmazása esetén. Hogy közelebb kerüljünk a jelenség mikroszkopikus megértéséhez részletes kritikus áram eloszlás függvény méréseket végeztünk. Az eloszlás függvények vizsgálata több mikroszkopikus mechanizmus kizárására ad lehetőséget a mintánk esetében, mint elektromos tér által keltett szupravezető állapot torzulása, vagy ballisztikus szivárgási áram. Eredményeinkkel a szivárgási áram által keltett nem egyensúlyi rácsrezgéseken alapuló magyarázat bizonyult konzisztensnek.
