Зарядовый транспорт в сверхпроводящих гетероструктурах MoRe–Si(W)–MoRe с гибридным полупроводниковым барьером с нанокластерами металла

Abstract

Созданы и экспериментально исследованы тонкопленочные гетероструктуры MoRe–Si(W)–MoRe, состоящие из сверхпроводящих обкладок (сплав молибдена с рением) и гибридного полупроводникового туннельного барьера из наноразмерного слоя кремния с нанокластерами вольфрама. Вольт-амперные характеристики таких переходов были измерены в широком интервале напряжений от –900 до 900 мВ и при температурах 4,2–8 К под воздействием магнитного поля и СВЧ излучения. Авторы полагают, что полученные температурные зависимости сверхпроводящего критического тока и нормального сопротивления гетероструктуры указывают на возможность реализации в них режима кулоновской блокады, резонансного туннелирования и резонансно-перколяционного механизма транспорта в зависимости от содержания вольфрама в гибридном барьере и величины приложенного к образцам напряжения смещения. Измеренные характеристики позволяют предположить, что при превышении некоторого критического значения сверхтока в кластерах вольфрама возникают центры проскальзывания фазы сверхпроводящего параметра порядка.

Створено та експериментально досліджено тонкоплівкові гетероструктури MoRe–Si(W)–MoRe, що складаються з надпровідних обкладинок (сплав молібдену з ренієм) та гібридного напівпровідникового тунельного бар’єру з нанорозмірного шару кремнію з нанокластерами вольфраму. Вольт-амперні характеристики таких переходів було виміряно в широкому інтервалі напруг від –900 до 900 мВ та при температурах 4,2–8 К під дією магнітного поля та НВЧ випромінювання. Автори висувають припущення, що отримані температурні залежності надпровідного критичного струму та нормального опору гетероcтруктури вказують на можливість реалізації режиму кулонівської блокади, резонансного тунелювання та резонансно-перколяційного механізму транспорту в них в залежності від вмісту вольфраму в гібридному бар'єрі та величини прикладеної до гетероструктури напруги зсуву. Виміряні характеристики дозволяють припустити, що при перевищенні деякого критичного значення надструму в кластерах вольфраму виникають центри проковзування фази надпровідного параметру порядку.

Thin-film MoRe–Si(W)–MoRe heterostructures consisting of superconducting electrodes (molybdenum-rhenium alloy) and a hybrid semiconductor tunnel barrier consisting of a nanosized silicon layer with tungsten nanoclusters were fabricated and experimentally studied. Current-voltage characteristics of the heterostructures were measured in a wide voltage range from −900 to 900 mV and at temperatures from 4.2 to 8 K, under applied magnetic fields and microwave irradiation. We argue that the temperature dependences of the superconducting critical current and normal-state resistance of the heterostructures might indicate the presence of Coulomb blockade regime, resonant tunneling and resonant-percolation transport mechanism in the junctions, depending on the tungsten content in the hybrid barrier and the applied bias voltage. The measured characteristics suggest that for the superconducting current exceeding some critical value, the phase-slip centers of the superconducting order parameter are formed in the tungsten clusters.