Ponts multicouches pour l'électronique supraconductrice express
Les circuits supraconducteurs sont souvent construits sur des jonctions Josephson — des endroits où le courant circule sans résistance à travers une barrière mince. Habituellement, cette barrière est une couche d'oxyde, mais ses propriétés sont difficiles à contrôler à l'échelle nanométrique. Dans ces nouveaux travaux, la barrière est une fine couche de nitrure de niobium ou de titane, prise en sandwich entre des couches de niobium.
Les chercheurs ont fabriqué des nano-ponts tridimensionnels par lithographie par faisceau d'électrons et gravure au chlore. La couche supérieure de niobium assure une température de transition élevée vers l'état supraconducteur, tandis que la fine couche de nitrure (NbN ou TiN) forme le maillon faible. Cette approche permet d'ajuster la gap supraconductrice et l'effet de proximité sans utiliser de faisceaux d'ions focalisés ni de barrières d'oxyde.
Les dispositifs ont été intégrés dans des SQUIDs — des capteurs de champ magnétique ultrasensibles — et leur fonctionnement a été confirmé au niveau des circuits. Cela ouvre la voie à une production à grande échelle de jonctions Josephson sans oxyde pour l'électronique supraconductrice.
Résumé original
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2603.20757
We report the realization of multilayer three-dimensional nanobridge Josephson junctions based on Nb/NbN and Nb/TiN superconducting stacks fabricated using electron-beam lithography and chlorine-based dry etching. In this architecture, a high-resistivity nitride layer defines the geometrical weak link, while the top Nb layer sets the overall critical temperature and film quality of the stack. This multilayer design enables engineering of the superconducting gap and proximity effects without relying on focused ion beam milling or oxide tunnel barriers. The devices are successfully integrated into dc SQUIDs, demonstrating reliable circuit-level operation. By combining material selectivity with three-dimensional geometry, this platform provides a scalable route toward oxide-free Josephson junctions suitable for superconducting electronics.
Le niobium devient supraconducteur à une température d'environ 9,2 K — c'est plus élevé que celle de l'hélium liquide, ce qui permet de le refroidir de manière relativement économique.