Skip to main content
European Commission logo print header

Josephson Junction Spectroscopy of Mesoscopic Systems

Opis projektu

Spektrometr oparty na złączu Josephsona umożliwia badanie układów mezoskopowych

Układy mezoskopowe to układy większe niż kilka atomów lub cząsteczek, ale lecz mniejsze od otaczających nas obiektów, których można dotknąć i które widać gołym okiem. W związku z tym służą one jako interesujący poligon doświadczalny do badania zjawisk pośrednich między układami opisywanymi przez mechanikę kwantową a układami makroskopowymi. Urządzenia mezoskopowe, które zachowują spójność kwantową na długościach większych niż skala atomowa, oferują wyjątkowe możliwości zarówno w dziedzinie inżynierii, jak i analizy wzbudzeń na poziomie pojedynczych kwantów. Jednak obecnie stosowane metody spektroskopowe nie pozwalają na badanie układów mezoskopowych za pomocą promieniowania ani na wykrywanie ich małych sygnałów absorpcyjnych. Z tego względu w ramach finansowanego przez Europejską Radę ds. Badań Naukowych projektu JSPEC opracowany zostanie spektrometr oparty na złączu Josephsona, doskonale sprawdzający się w badaniu elementarnych wzbudzeń w układach mezoskopowych.

Cel

Spectroscopy is a powerful tool to probe matter. By measuring the spectrum of elementary excitations, one reveals the symmetries and interactions inherent in a physical system. Mesoscopic devices, which preserve quantum coherence over lengths larger than the atomic scale, offer a unique possibility to both engineer and investigate excitations at the single quanta level. Unfortunately, conventional spectroscopy techniques are inadequate for coupling radiation to mesoscopic systems and detecting their small absorption signals. I propose an on-chip, Josephson-junction based spectrometer which surpasses state-of-the-art instruments and is ideally suited for probing elementary excitations in mesoscopic systems. It has an original design providing uniform wideband coupling from 2-2000 GHz, low background noise, high sensitivity, and narrow linewidth.

I describe the operating principle and design of the spectrometer, show preliminary results demonstrating proof-of-concept, and outline three experiments which exploit the spectrometer to address important issues in condensed matter physics. The experiments are: measuring the lifetime of single quasiparticle and excited Cooper pair states in superconductors, a topic relevant for quantum information processing; determining whether graphene has a bandgap, a fundamental yet unresolved question; and recording a clear spectroscopic signature of Majorana bound states in topological superconductor weak links.

Various applications of the superconducting circuits developed for the spectrometer include a Josephson vector network analyzer, a cryogenic mixer, a THz camera, a detector for radioastronomy, and a scanning microwave impedance microscope. In itself the proposed JJ spectrometer is a general purpose tool that will benefit researchers studying mesoscopic systems. Ultimately, Josephson junction spectroscopy should not only be useful to detect existing elementary excitations but also to discover new ones.

System finansowania

ERC-STG - Starting Grant

Instytucja przyjmująca

COLLEGE DE FRANCE
Wkład UE netto
€ 1 651 232,50
Adres
PLACE MARCELIN BERTHELOT 11
75005 Paris
Francja

Zobacz na mapie

Region
Ile-de-France Ile-de-France Paris
Rodzaj działalności
Higher or Secondary Education Establishments
Linki
Koszt całkowity
€ 1 997 497,50

Beneficjenci (2)