論文の概要: Low-Gap Hf-HfOx-Hf Josephson Junctions for meV-Scale Particle Detection

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.25203v2
• Date: Thu, 30 Oct 2025 03:08:04 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-31 13:50:54.750022
• Title: Low-Gap Hf-HfOx-Hf Josephson Junctions for meV-Scale Particle Detection
• Title（参考訳）: MeVスケール粒子検出のための低ギャップHf-HfOx-Hfジョセフソン接合
• Authors: Y. Balaji, M. Surendran, X. Li, A. Kemelbay, A. Gashi, C. Salemi, A. Suzuki, S. Aloni, A. Tynes Hammack, A. Schwartzberg,
• Abstract要約: ハフニウム基ジョセフソン接合(Hf-HfOx-Hf)の創製とキャラクタリゼーションを報告する。 Hf-HfOx-Hfは、超低閾値のシングルTHz光子とシングルフォノン検出のための、有望な低Tc材料プラットフォームである。 この研究は、Hfベースの接合と次世代超伝導検出器および量子ビットアーキテクチャの可能性に関する最初の包括的な研究である。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Superconducting qubits have motivated the exploration of Josephson-junction technologies beyond quantum computing, with emerging applications in low-energy photon and phonon detection for astrophysics and dark matter searches. Achieving sensitivity at the THz (meV) scale requires materials with smaller superconducting gaps than those of conventional aluminum or niobium-based devices. Here, we report the fabrication and characterization of hafnium (Hf)-based Josephson junctions (Hf-HfOx-Hf), demonstrating Hf as a promising low-Tc material platform for ultra-low threshold single THz photon and single-phonon detection. Structural and chemical analyses reveal crystalline films and well-defined oxide barriers, while electrical transport measurements at both room and cryogenic temperatures exhibit clear Josephson behavior, enabling extraction of key junction parameters such as critical current, superconducting gap and normal-state resistance. This work presents the first comprehensive study of Hf-based junctions and their potential for next-generation superconducting detectors and qubit architectures leveraging low superconducting gap energies.
• Abstract（参考訳）: 超伝導量子ビットは、量子コンピューティング以外のジョセフソン接合技術の探索を動機付けており、低エネルギー光子やフォノン検出における天体物理学やダークマター探索の新たな応用がある。 THz(meV)スケールでの感度を達成するには、従来のアルミニウムやニオブベースの装置よりも超伝導ギャップの小さい材料が必要である。 本稿では,Hf-Hf-HfOx-Hfを用いたハフニウム系接合体(Hf-HfOx-Hf)の作製とその特性について報告する。 構造的および化学的分析により結晶膜とよく定義された酸化物バリアが明らかにされる一方、室温と低温の両方での電気輸送の測定はジョセフソンの挙動を明確に示し、臨界電流、超伝導ギャップ、常圧抵抗などの重要な接合パラメータの抽出を可能にした。 この研究は、Hfベースの接合と、低超伝導ギャップエネルギーを利用する次世代超伝導検出器および量子ビットアーキテクチャの可能性に関する最初の包括的な研究である。

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