Many present and future application

Many present and future applications of superconductivity
would benefit from electrostatic control of carrier density and
tunnelling rates, the hallmark of semiconductor devices. One
particularly exciting application is the realization of topological
superconductivity1 as a basis for quantum information proces-
sing2,3. Proposals in this direction based on the proximity effect
in semiconductor nanowires are appealing because the key
ingredients are currently in hand4,5. However, previous
instances of proximitized semiconductors show significant
tunnelling conductance below the superconducting gap,
suggesting a continuum of subgap states—a situation that nul-
lifies topological protection6,7. Here, we report a hard supercon-
ducting gap induced by the proximity effect in a semiconductor,
using epitaxial InAs–Al semiconductor–superconductor nano-
wires. The hard gap, together with favourable material proper-
ties and gate-tunability, makes this new hybrid system
attractive for a number of applications, as well as fundamental
studies of mesoscopic superconductivity.
Key signatures of topological superconductivity, including a
characteristic zero-bias tunnelling peak appearing at finite magnetic
field, have been reported by several groups over the past few years8–11.
In all cases, a soft gap is also seen, indicated by sizable subgap
conductance. The origin of the soft gap is not fully understood,
with recent theory attributing it to disorder at the semiconductor/
superconductor interface12. Besides complicating an already
complex mesoscopic system by allowing alternative (Kondo)
processes that themselves can give rise to zero-bias tunnelling
peaks, subgap states are fatal to topological protection. This is
because quasiparticles occupying subgap states will inadvertently
participate in braiding, thus influencing the resulting quantum
states in an unpredictable and possibly time-dependent way6,7.
Here, InAs nanowires were grown in the wurzite [0001] direction
by molecular beam epitaxy (MBE) using gold nanoparticles as cat-
alysts13. Once the nanowires reached a length of 5–10 µm, Al was
grown at a low temperature by angled deposition within the MBE
chamber. The resulting semiconductor/superconductor interface,
shown in Fig. 1c, appears coherent, domain-matched and impurity
free. The material growth is described in detail in ref. 14. Rotating
the substrate during Al growth results in full-shell nanowires with
epitaxial interfaces on all facets (Fig. 1a), while directional growth
without rotating yields half-shell nanowires, with epitaxial Al on
two or three facets of the hexagonal InAs core (Fig. 5a). The nano-
wires were dispersed onto a doped Si substrate with a 100 nm oxide.
The Al shell was contacted by superconducting Ti/Al (5/130 nm)
and the InAs core (exposed with a selective Al etch) by
normal Ti/Au (5/80 nm). Modest in situ ion milling was used to
improve contact between both the core and shell to leads.
A device similar to the one measured is shown in Fig. 1d.

Results (Russian) 1:

Многие нынешние и будущие приложения сверхпроводимостибы пособие от электростатического управления перевозчик плотности итуннелирование цены, отличительной чертой полупроводниковых приборов. Одинособенно интересные приложения является реализация топологическихsuperconductivity1 как основа для квантовой информации proces-sing2, 3. Предложения в этом направлении на основе эффекта близостив полупроводнике нанопроволоки привлекательным потому что ключингредиенты в настоящее время в hand4, 5. Однако предыдущиеэкземпляры proximitized полупроводников Показать значительномутуннелирование проводимости ниже сверхпроводящих разрыв,предлагая спектр subgap государств — ситуация что nul -lifies топологические защита6, 7. Здесь мы приводим жесткий supercon-Воздуховоды разрыва, вызванного эффект близости в полупроводнике,Использование эпитаксиальных InAs – Аль полупроводниковых – сверхпроводник нано-провода. Жесткий разрыв, наряду с благоприятной материал надлежащего-галстуки и ворота перестройки, делает этой новой гибридной системыпривлекательным для целого ряда приложений, а также основныеисследования мезоскопических сверхпроводимости.Ключ подписи топологических сверхпроводимости, включаяхарактеристика нулевого смещения туннелирования пик появляются в конечная магнитныеОбласти, сообщили несколько групп за последние несколько years8 – 11.Во всех случаях мягкий разрыв также рассматривается, свидетельствует значительная subgapпроводимость. Происхождение мягкого разрыва не поняты,с недавние теории, приписывая его к беспорядкам в полупроводнике /сверхпроводника interface12. Кроме того, осложняющих ужесложные мезоскопических системы, позволяя альтернатива (кондо)процессы, которые сами могут привести к нулю предвзятость туннелированияпики, subgap государства являются фатальными для топологических структур защиты. Этопотому что квазичастицами, занимая subgap государства будет непреднамеренноучастие в плетение, таким образом influencing результате квантовойгосударства в непредсказуемых и возможно время зависимой way6, 7.Здесь InAs нанопроволоки были выращены в wurzite [0001] направлениеот молекулярных пучковая эпитаксия (MBE) с помощью наночастиц золота как кошка-alysts13. Достигнув длиной 5-10 мкм, нанопроволоки Аль былпри низкой температуре выросла угловой осаждения в рамках MBEкамеры. В результате полупроводников/сверхпроводник интерфейс,показано на рис. 1c, появляется последовательной, соответствует домену и примесибесплатно. В ссылка 14 подробно материального роста. ВращениеСубстрат во время роста Аль приводит в полный оболочки нанопроволоки сэпитаксиальные интерфейсов на всех аспектах (рис. 1а), а направления ростабез поворота урожайности Полублочные нанопроволоки, эпитаксиальных Аль надва или три грани гексагональной InAs ядра (рис. 5a). Нано-провода были рассеяны на подложке легированных Si оксидом 100 Нм.Оболочке Аль связался сверхпроводящих Ti/Al (5/130 Нм)и ядро InAs (с селективного Аль etch),нормальный Ti/Au (5/80 Нм). Скромный на месте Ион фрезерования был использован дляУлучшение контакта между основной и оболочки ведет.Устройство, похожий на тот, измеряется показана на рис. 1 d.

Results (Russian) 2:

Многие нынешние и будущие приложения сверхпроводимости
бы извлечь выгоду из электростатического контроля плотности носителей и
ставок туннельных, отличительной чертой полупроводниковых приборов. Один
особенно интересной приложение является реализация топологической
superconductivity1 в качестве основы для квантовой информации proces-
sing2,3. Предложения в этом направлении, основанные на эффекте близости
в полупроводниковых нанопроводов являются привлекательными, потому что ключевые
ингредиенты в настоящее время в hand4,5. Тем не менее, предыдущие
случаи proximitized полупроводников показать значимы
туннельной проводимости ниже сверхпроводящей щели,
предлагая континуум subgap государств-ситуации, nul-
Li-эс-Fi топологический protection6,7. Здесь мы приводим жесткий сверхпроводящее
воздуховодов разрыв, вызванное эффектом близости в полупроводнике,
используя эпитаксиальных InAs-AL полупроводник-сверхпроводник нано-
провода. Жесткий разрыв, вместе с благоприятными материальными свой-
связей и затвор-перестройки частоты, делает этот новый гибрид система
привлекательна для ряда приложений, а также основных
исследований мезоскопической сверхпроводимости.
Ключевые подписей топологической сверхпроводимости, в том числе
характерной туннелирования при нулевом смещении Пик появляться на конечной магнитной
поля, сообщили несколько групп за последние несколько years8-11.
Во всех случаях, мягкий разрыв наблюдается также, указывает значительной subgap
проводимости. Происхождение мягкой щели полностью не поняты,
с недавно теория приписывая его расстройства на полупроводник /
сверхпроводник interface12. Кроме того, осложняет уже
сложную систему мезоскопический позволяя альтернативные (Кондо)
процессы, которые сами по себе могут привести к возникновению смещения нулевой туннельных
пиков, subgap государства являются фатальными для топологической защиты. Это
потому, что квазичастицы, занимающие subgap состояния непреднамеренно
участвовать в плетение, таким образом, в эт uencing полученные квантовые
состояния в непредсказуемом и, возможно, зависит от времени way6,7.
Здесь InAs нанопроволоки были выращены в вюрцитной [0001]
по молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ ) с помощью наночастиц золота, как кате
alysts13. После нанопровода достигают длины 5-10 мкм, Al был
выращивали при низкой температуре по наклонной осаждения внутри МЛЭ
камеры. В результате интерфейс полупроводник / сверхпроводник,
показано на рис. 1c, появляется когерентное, домен соответствием и примеси
бесплатно. Материал рост подробно описаны в работе. 14. Поворот
подложки во время роста Al результатов в полном объеме оболочек нанопроводов с
эпитаксиальных интерфейсов по всем аспектам (рис. 1а), в то время как направленный рост
без вращения дает половину оболочки нанопроводов, с эпитаксиальной Al на
двух или трех граней гексагональной ядро InAs (рис. 5а). Нано-
провода были рассеяны на легированном Si подложке с оксидом 100 нм.
Оболочка Аль связался сверхпроводящих Ti / Al (5/130 нм)
и ядро InAs (контакт с селективным Al травление) путем
обычной Ti / Au (5/80 нм). Модест Ситу ионного травления был использован для
улучшения контакта между двумя ядра и оболочки в отведениях.
Устройство, похожее на одном измеренного показано на рис. 1г.

Results (Russian) 3:

Многие из нынешних и будущих приложений сверхпроводимости
бы дополнительный плюс от электростатического разряда управления плотностью и
подкопы, отличительной чертой полупроводниковых устройств. Один
особенно интересные приложения - это реализация топологических
сверхпроводимость1 в качестве основы для квантовой теории информации протокол
sing2,3. Предложения в этом направлении на основе эффекта близости
В полупроводниковые нанопровода являются привлекательными потому, что ключ
ингредиенты в настоящее время находятся в hand4,5. Тем не менее, предшествующих
случаи proximitized полупроводники показать significant
подкопы инженерно ниже сверхпроводящих разрыв,
о непрерывности subgap-что фиктивной-
lifies protection6,7 топологии. Здесь, мы жесткий supercon-
Воздуховоды разрыва, эффекта близости в полупроводниковом,
с помощью эпитаксиальных которое пройдет-аль-полупроводник-сверхпроводника нано-
провода. Жесткий разрыв, наряду с благоприятными материала надлежащей-
связей и gate-tunability, делает этот новой гибридной системой
привлекательной для различных применений, а также основных
исследований сверхпроводниковой электроники сверхпроводимость.
ключ подписи топологических сверхпроводимость,Включая a
характеристики нуль-BIAS проходки туннелей пиковая содержащееся на fiNITE магнитный
счета, сообщили несколько групп за последние несколько лет8-11.
во всех случаях, мягкий разрыв также рассматривается, как указано на курсе subgap
. происхождения мягкий разрыв не в полной мере понимает,
в последнее время описание распространяя его беспорядка на semiconductor/
сверхпроводника interface12.Помимо усложнения уже
сложных сверхпроводниковой электроники системы, позволяя альтернативных (Кондо)
процессы, которые могут привести к нулю - диагональные подкопы
пики, subgap государства губительным для топологических защиты. Это
поскольку квазичастиц оккупационных subgap государств будет случайно
принять участие в оплеткой, тем самым influencing в результате квантовой
Соединенных Штатов Америки в непредсказуемой, и возможно, зависящие от времени way6,7.
здесь, которое пройдет нанопровода производятся в wurzite [ 0001] направлении
с фундаментальными знаниями (MBE) с использованием золотых литых микропроводов cat-
alysts13. После того, как нанопровода достигли длины 5-10 мкм, Аль-был
выросла при низкой температуре, расположенными под углом осаждения в рамках MBE
камеры. В результате компания National Semiconductor/сверхпроводника интерфейс,
показано на рис.1c, представляется последовательной, домен-совпадают и примесью
бесплатно. Материал роста - это подробно описано в поз. 14. Вращающиеся
подложке во время аль-роста результатов в полном объеме-shell нанопровода с
эпитаксиальных интерфейсы всех аспектов (рис. 1А), в то время как направленный рост
без вращения урожайность вкладыша нанопровода, эпитаксиальных аль-на
двух или трех аспектов шестигранный которое пройдет core (рис. 5A). В нано-
Провода были рассеяны на примесных Si подложке с 100 нм азота.
"Аль-shell связались сверхпроводящих Ti/Al (5/130 Н·м)
и которое пройдет core (выборочный аль-травления)
нормальной Ti/AU (5/80 нм). Скромный in situ ion продукция используется для
улучшения контакта между основных и shell для отведения.
A устройство аналогичное один измеряется показана на рис. 1D.