CN114122246A - 基于反常约瑟夫森效应的器件、其制备及相位调控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于反常约瑟夫森效应的器件所述基于反常约瑟夫森效应的器件从下至上依次包括衬底、纳米片、约瑟夫森N结图层(N为≥3的整数)、第一层金属膜、绝缘层、探测电极图层、第二层金属膜，还提供了其制备及相位调控方法。本发明的基于反常约瑟夫森效应的器件利用反常约瑟夫森效应来调控结区的相位差，从而丰富调控结区相位差的手段，同时也能完全控制约瑟夫森多结所有的相位差，有助于未来对拓扑量子比特的操控与读取。
Description
技术领域
本发明属于拓扑量子计算领域，具体涉及一种基于反常约瑟夫森效应的器件、其制备及相位调控方法。
背景技术
随着微纳技术的发展，集成芯片的尺寸越来越小，也越来越接近量子极限，这也意味着传统的半导体芯片将会受到量子效应的影响而失效，因此发展量子计算将有可能打破这一限制，同时因其所具备的并行计算能力，也有望获得经典计算难以企及的计算能力。目前，量子计算还在发展阶段，存在很多的技术路线，包括离子阱、核磁共振、光量子系统、半导体量子点、超导量子体系以及拓扑量子计算体系。其中拓扑量子计算体系是一种备受瞩目的技术方案，为了实现拓扑量子比特，一种具备广阔前景的方式是在拓扑绝缘体Bi2Se3上制备约瑟夫森多结，通过调节超导相位到达特定的范围，使其发生拓扑相变，从而实现拓扑量子计算的操作、读取。
在基于约瑟夫森结的拓扑量子计算中，对量子比特的操控严重依赖于对结区相位差的调控。目前常见的调控方式是通过电流激励、外加磁通来改变超导相位，从而引起结区相位差的变化。但对于多块超导体形成的约瑟夫森N结(N≥3)，受到超导相位单值性的限制，仅能调节N-1个结区的相位差，而对于最后的一个结区，则无法自主的调控。如果利用反常约瑟夫森效应，会产生一个等效的相位差，而不受超导体自身相位的影响。因此，提供一种对于多块超导体形成的约瑟夫森N结(N≥3)的相位差调控变得尤为重要。
发明内容
因此，本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供一种基于反常约瑟夫森效应的器件、其制备及相位调控方法。利用反常约瑟夫森效应来调控结区的相位差，从而丰富调控结区相位差的手段，同时也能完全控制约瑟夫森多结所有的相位差，有助于未来对拓扑量子比特的操控与读取。
在阐述本发明内容之前，定义本文中所使用的术语如下：
术语“CVD”是指：化学气相沉积法。
术语“PMMA”是指：聚甲基丙烯酸甲酯。
术语“MIBK”是指：甲基异丁酮。
术语“MIBK：IPA＝1:3”是指：甲基异丁酮和异丙醇体积比为1:3的混合液。
术语“诱导超导态”是指：在低温下，普通的半导体材料与超导体接触在一起时，超导体里面的库伯对会扩散到半导体中，使得半导体具有一定程度的超导特性，从而电阻下降。
术语“Andreev束缚态”是指：在约瑟夫森结里面，电子或空穴在结区形成的定态模式。
术语“Zeeman能”是指：电子在磁场中获得的能量。
为实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种基于反常约瑟夫森效应的器件，所述基于反常约瑟夫森效应的器件从下至上依次包括衬底、纳米片、约瑟夫森N结图层(N为≥3的整数)、第一层金属膜、绝缘层、探测电极图层、第二层金属膜；
优选地，所述衬底为提前制备好标记阵列的衬底；和/或
优选地，所述基于反常约瑟夫森效应的器件为约瑟夫森三结器件或约瑟夫森四结器件，最优选为约瑟夫森三结器件。
根据本发明第一方面的基于反常约瑟夫森效应的器件，其中，所述衬底为硅衬底或氧化铝衬底，最优选为硅衬底；
所述纳米片为Bi2Se3纳米片或Bi2Te3纳米片，最优选为Bi2Se3纳米片；
所述纳米片的厚度为20～50nm，优选为20～40nm，最优选为30nm；
所述纳米片的长度为5～20μm，优选为5～15μm，最优选为10μm；
所述第一层金属膜的厚度为50～100nm，优选为60～90nm，进一步优选为70～90nm，最优选为80nm；
所述第二层金属膜的厚度为100～200nm，优选为120～180nm，进一步优选为140～170nm，最优选为160nm；
所述约瑟夫森N结器件的图形为“T”型或“Y”型，最优选为“T”型；
所述绝缘层的材料为过曝光的PMMA胶或氧化铝，最优选为过曝光的PMMA胶；
所述第一层金属膜的金属选自以下一种或多种：铅、铝、铌，优选为铅、铝，最优选为铅；和/或
所述第二层金属膜的金属为金或钯，最优选为金。
本发明的第二方面提供了制备第一方面所述的基于反常约瑟夫森效应的器件的方法，所述方法包括以下步骤：
(1)生长纳米片，并将生长的纳米片转移到衬底上；
(2)定位、拍照步骤(1)制备的纳米片，根据所拍光学照片绘制约瑟夫森N结、绝缘层和探测电极的电路图；
(3)旋涂电子束光刻胶，烘烤、曝光约瑟夫森N结图层并对其显影；
(4)镀金属膜，去胶，即得所述基于反常约瑟夫森效应的器件。
根据本发明第二方面的方法，其中，所述步骤(1)中：所述生长纳米片的方法为化学气相沉积法(CVD)。
根据本发明第二方面的方法，其中，所述步骤(3)中：
所述电子束光刻胶为PMMA；
所述涂胶的机器为台式匀胶机；
所述涂胶的时间为40～80s，优选为50～70s，最优选为60s；
所述涂胶的转速为2000～6000rpm，优选为3000～5000rpm，最优选为4000rpm；
所述烘烤的时间为40～80s，优选为50～70s，最优选为60s；
所述烘烤的温度为100～150℃，优选为110～140℃，最优选为120℃；
所述曝光的方法选自以下一种或多种：电子束曝光、紫外曝光、激光直写，优选为电子束曝光或紫外曝光，最优选为电子束曝光；
所述曝光的面曝光剂量为50～200μA/cm2，优选为50～150μA/cm2，最优选为100μA/cm2；和/或
所述显影液为MIBK，最优选为MIBK：IPA＝1:3的MIBK。
根据本发明第二方面的方法，其中，所述步骤(4)中还包括以下步骤：镀第一层金属膜，去胶后浸泡并超声、清洗。
根据本发明第二方面的方法，其中，所述步骤(4)后还包括以下步骤：
(a)重复步骤(3)旋涂电子束光刻胶，烘烤、曝光绝缘层图层并对其显影；
(b)重复步骤(3)旋涂电子束光刻胶，烘烤、曝光探测电极图层并对其显影；
(c)镀第二层金属膜，去胶后浸泡并超声、清洗；
优选地，所述探测电极与约瑟夫森N结结区中心点接触；
优选地，所述绝缘图层的面曝光剂量为3000～5000μA/cm2，优选为3500～4500μA/cm2，最优选为4000μA/cm2；和/或
优选地，所述探测电极图层的面曝光剂量为50～200μA/cm2，优选为50～150μA/cm2，最优选为100μA/cm2。
本发明的第三方面提供了一种相位调控方法，所述相位调控方法包括：使用根据权利要求1或2所述的基于反常约瑟夫森效应的器件或按照权利要求3至7中任一项所述的方法制备的基于反常约瑟夫森效应的器件来调控超导的相位差；
优选地，所述相位调控包括以下步骤：将制备好的所述基于反常约瑟夫森效应的器件放入稀释制冷机中，降温后，施加面内磁场，产生反常约瑟夫森效应，利用探测电极测量与中心点接触电阻的变化，根据接触电阻的变化来检测相位参数的变化。
根据本发明第三方面的相位调控方法，其中，
所述面内磁场为平行于结区的面内磁场；和/或
所述降温的温度为1～20mK，进一步优选为5～15mK，最优选为10mK。
根据本发明第三方面的相位调控方法，其中，所述相位调控方法还包括：顺时针定义结区1、结区2和结区3，当同时施加Z轴磁场Bz和Y轴磁场By时，
φ3＝-4πBzS/φ0 公式(3)；
其中，φ1、φ2、φ3为三个顺时针结区的相位差；
为磁场By在结区1、结区2中产生的等效相位；S为约瑟夫森结的环路面积；φ0为一个量子磁通；约瑟夫森三结的结区在超导电极的作用下，被诱导为超导态；
优选地，当
时，对于所述约瑟夫森三结的结区，其能隙关闭，并由诱导超导态进入正常态，使得与所述探测电极之间的接触电阻变大。
根据本发明的一个具体实施案例，以约瑟夫森三结为例，约瑟夫森三结器件制备、探测电极制备以及相位调控的步骤如下：
1.制备约瑟夫森三结：
(1)将利用化学气相沉积法(CVD)生长的Bi2Se3纳米片转移到硅衬底上，硅片上有提前制备好的标记阵列。
(2)在光学显微镜下找到厚度在30nm左右，尺寸在10μm以上的纳米薄片，定位、拍照；依据光学照片绘制“T”型约瑟夫森三结、绝缘层和探测电极的电路图。
(3)用台式匀胶机旋涂电子束光刻胶，并使用热板烘烤，利用电子束光刻曝光约瑟夫森三结的图层，并显影。
(4)放入镀膜机中镀上钛\铝两层金属；最后放入丙酮中去胶，得到约瑟夫森三结器件。
2.制备探测电极：
(1)使用台式匀胶机旋涂电子束光刻胶，并使用热板烘烤，再利用电子束光刻以大剂量(正常剂量的40倍)曝光绝缘层的图层，让曝光区域内的光刻胶碳化。
(2)用丙酮洗去剩余的光刻胶后，即可得到绝缘层，使得后续制备的探测电极只能与结区中心点接触。
(3)旋涂电子束光刻胶，烘烤，电子束曝光探测电极的图层。
(4)显影后，放入镀膜机内镀上钛\金两层金属然后放入丙酮中去胶，得到探测电极
3.相位调控：
(1)将器件放入稀释制冷机，降至最低温后利用探测电极测量与中心点的接触电阻。
(2)施加平行于结区的面内磁场，根据接触电阻的变化来检测相位参数的变化。
根据本发明的另一个具体实施案例，图3为在约瑟夫森三结器件中演示反常约瑟夫森效应的示意图。如图2(b)所示的约瑟夫森三结的示意图，顺时针定义三个结区分别为结区1、结区2和结区3，结区相位差为φ1、φ2、φ3，当同时施加面内磁场Bz和By时，
φ3＝-4πBzS/φ0 公式(3)；
其中，
为磁场By在结区1，结区2中产生的等效相位；S为约瑟夫森结的环路面积；约瑟夫森三结的结区在超导电极的作用下，被诱导为超导态；
当
时，对于所述约瑟夫森三结的结区，其能隙关闭，并由诱导超导态转化为正常态，因此与探测电极之间的接触电阻变大。图2(b)为接触电阻的理论示意图，圆点代表低电阻，空白代表高电阻。图3(a)是实际器件的SEM错色图。图3(b)是实际测量的接触电阻随Z轴磁场Bz和Y轴磁场By的数据图，Y轴磁场By产生的等效相位的范围如图2(b)中方框所示。
根据本发明的再一个具体实施案例，图4为在另一个约瑟夫森三结器件中演示反常约瑟夫森效应的示意图。顺时针定义三个结区分别为结区1、结区2和结区3，结区相位差为φ1、φ2、φ3，当同时施加面内磁场Bz和By时，
φ3＝-4πBzS/φ0 公式(3)；
其中，
为磁场By在结区1，结区2中产生的等效相位；S为约瑟夫森结的环路面积。
当
时，对于所述约瑟夫森三结的结区，其能隙关闭，并由诱导超导态转化为正常态，因此与探测电极之间的接触电阻变大。。图4(a)是实际器件的SEM错色图。图4(b)是实际测量的接触电阻随磁场Bz和By变化的数据。
本发明的基于反常约瑟夫森效应的器件可以具有但不限于以下有益效果：
本发明的基于反常约瑟夫森效应的器件利用反常约瑟夫森效应来调控结区的相位差，从而丰富调控结区相位差的手段，同时也能完全控制约瑟夫森多结所有的相位差，有助于未来对拓扑量子比特的操控与读取。
附图说明
以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案，其中：
图1示出了反常约瑟夫森效应的原理示意图。对于约瑟夫森结，电子和空穴会形成Andreev束缚态，当两边超导体的相位分别为
时，结区存在超流，超流大小为
当沿着y轴方向施加磁场By时，电子在Zeeman能的作用下，会产生额外的动量，使得电子从结区的一侧运动到另一侧时，会多出一个额外的相位差
因此最终总的超流为
图2示出了实施例1中基于反常约瑟夫森效应的约瑟夫森三结的示意图和测量时的理论示意图。其中图2(a)为约瑟夫森三结的器件示意图，超导铅电极在拓扑绝缘体上形成了约瑟夫森三结，顺时针定义三个结区分别为在结区1，结区2、结区3，结区相位差为φ1、φ2、φ3。在绝缘层的作用下，探测电极只与结区的拓扑绝缘体接触，磁场方向如图中箭头方向所示。图2(b)为测量时的理论示意图，当拓扑绝缘体在超导电极的作用下也被诱导成了超导态时，探测电极和拓扑绝缘体的接触电阻较小，如果通过调节磁通使得
图3示出了实施例1在约瑟夫森三结器件中演示反常约瑟夫森效应的示意图。其中，图3(a)是实际器件的SEM错色图。图3(b)是实际测量的接触电阻随磁场Bz和By的数据图，灰色为低电阻态，白色为高电阻态，随着By的增加，高电阻态逐渐劈裂成两支，然后又融合在一起。其中磁场By产生的等效相位的范围如图2(b)中方框所示。
图4示出了实施例1在另一个约瑟夫森三结器件中演示反常约瑟夫森效应的示意图。其中，图4(a)是实际器件的SEM错色图。图4(b)是实际测量的接触电阻随磁场Bz和By的数据图，灰色代表低电阻态，白色代表高电阻态，随着By的增加，高电阻态逐渐劈裂成两支，然后又融合在一起，与图2(b)中的理论示意图一致。
具体实施方式
下面通过具体的实施例进一步说明本发明，但是，应当理解为，这些实施例仅仅是用于更详细具体地说明之用，而不应理解为用于以任何形式限制本发明。
本部分对本发明试验中所使用到的材料以及试验方法进行一般性的描述。虽然为实现本发明目的所使用的许多材料和操作方法是本领域公知的，但是本发明仍然在此作尽可能详细描述。本领域技术人员清楚，在上下文中，如果未特别说明，本发明所用材料和操作方法是本领域公知的。
以下实施例中使用的试剂和仪器如下：
试剂：
PMMA 950A4胶，MIBK(1:3)，购自MicroChem公司；
丙酮，甲醇，异丙醇，购自国药集团化学试剂有限公司。
仪器：
台式匀胶机，购自鑫有研电子科技(中国)有限公司，型号MODEL KW-4A；
磁力搅拌机，购自上海司乐仪器有限公司，型号B15-1型；
电子束曝光系统，购自Raith公司，型号Raith150；
引线键合机，购自West Bond公司，型号7476D；
稀释制冷机，购自Oxford公司，型号TL400；
锁相放大器，购自日本NF公司，型号LI5650。
实施例1
本实施例用于说明本发明基于反常约瑟夫森效应的器件的制备方法。
以约瑟夫森三结为例，制备方法包括以下步骤：
(1)转移样品：将通过化学气相沉积法(CVD)生长的Bi2Se3纳米片转移到硅衬底上，硅片上有提前制备好的标记阵列。
(2)涂胶：使用MicroChem的PMMA 950A4胶，利用台式匀胶机将胶均匀铺在硅片上，转速为4000rpm，持续1分钟。然后在热板上烘烤，温度为120℃，时间为1分钟。
(3)曝光：在Raith150系统上对约瑟夫森三结的图层进行电子束曝光，参数为光阑30μm，电压10KV，面曝光剂量100μA/cm2。曝光完成后，使用MIBK(1:3)显影一分钟。
(4)镀膜：使用电子束镀膜机依次镀膜，钛(Ti)5nm，铝(Al)80nm。然后去胶，使用丙酮浸泡半小时，然后使用超声30s，使残胶脱落。最后用异丙醇清洗样品。
(5)过曝光：重复步骤(2)进行涂胶，然后在Raith150系统上曝光绝缘层的图层，让曝光区域内的光刻胶碳化。参数为光阑30μm，电压10KV，面曝光剂量4000μA/cm2。曝光完成后，使用丙酮浸泡半小时洗去光刻胶，最后用异丙醇清洗干净，使得后续制备的探测电极只能与结区中心点接触。
(6)涂胶、曝光：再次重复步骤(2)，然后在Raith150系统上曝光探测电极的图层，参数为光阑30μm，电压10KV，面曝光剂量100μA/cm2。曝光完成后，使用MIBK(1:3)显影一分钟。
(7)镀膜：使用电子束镀膜机依次镀膜，钛(Ti)5nm，金(Au)160nm。然后去胶，使用丙酮浸泡半小时，然后使用超声30s，使残胶脱落。最后用异丙醇清洗干净，即得基于反常约瑟夫森效应的器件。
实施例2
本实施例用于说明实施例1制备的基于反常约瑟夫森效应的器件的相位调控。
(1)封装：使用WestBond键合机连线到测量样品座，放入稀释制冷机。
(2)低温测量：利用稀释制冷机降温至10mK，施加平行于结区的面内磁场，产生反常约瑟夫森效应并改变相位参数，利用探测电极测量与中心点接触电阻的变化，根据接触电阻的变化来检测相位参数的变化。
实施例3
本实施例用来说明在实施例1制备的基于反常约瑟夫森效应的器件中的反常约瑟夫森效应。
具体的测量步骤如下：
(1)接线：选定待测量的器件，按照封装时的图样，确定样品在稀释制冷机上对应的接线口。利用四端法测量电阻，并用同轴线将器件的电流输入端接锁相放大器的输出端，器件的电流输出端接地，两个电压测量端接锁相放大器的电压输入端。
(2)设置锁相放大器：将锁相放大器设为电压测量A-B模式，设定输出的交流电压的频率为13.7Hz，防止市电噪音的耦合。
(3)测量电阻：将锁相的输出电压幅值调为为1mV，通过外接1M的电阻，使得器件输入端的输入电流为1nA。此时锁相放大器的电压测量端能测到器件两端的电压降，除以1nA的输入电流，即可得到电阻值。
(4)采数：通过SR232接口将锁相放大器与电脑相连接，采集锁相放大器的数据。
(5)施加磁场：同时施加垂直磁场Bz和面内磁场By，观测数据随磁场的变化。
图2为在约瑟夫森三结器件的示意图和测量的理论示意图。其中，图2(a)为约瑟夫森三结的示意图，超导铅电极在拓扑绝缘体上形成了约瑟夫森三结，顺时针定义三个结区分别为结区1、结区2、结区3，结区相位差为φ1、φ2、φ3，当同时施加Z轴磁场Bz和Y轴磁场By时，
φ3＝-4πBzS/φ0 公式(3)；
其中，
为磁场By在结区1，结区2中产生的等效相位，S为约瑟夫森结的环路面积，φ0为一个量子磁通；
当
时，对于所述约瑟夫森三结的结区，其能隙关闭，并由诱导超导态转变为正常态，使得与所述探测电极之间的接触电阻变大。
图2(b)为中心点接触电阻的理论示意图，当拓扑绝缘体在超导电极的作用下也被诱导成了超导态时，探测电极和中心点拓扑绝缘体的接触电阻较小，如果通过调节磁通使得
三结结区的能隙会关闭，即拓扑绝缘体的能隙关闭，从诱导超导态变为正常态，使得与探测电极之间的接触电阻变大。图中空白部分代表此时结区处于正常态，即高电阻态；圆点部分代表此时结区中心点进入诱导超导态，即低电阻态。图2(b)的横坐标为等效相位
纵坐标为Z轴磁场产生的相位2nBzS/φ0，随着
的增加，高电阻态逐渐劈裂开，然后又再次融合，并不断重复这一过程。正常情况下，仅施加垂直磁场Bz并不能遍历整个图2(b)，只有在反常约瑟夫森效应和垂直磁场的共同作用下时，
φ3＝-4πBzS/φ0 公式(3)；
此时，才能测到如图所示的二维图。受限于实例中所加平行磁场By的大小，方框为实例中反常相位所能到达的范围。
图3为在约瑟夫森三结器件中演示反常约瑟夫森效应的示意图。其中图3(a)是实际器件的SEM错色图。图3(b)是实际测量的接触电阻随磁场Bz和By的，可以清晰的看到高电阻态劈裂成两支，最终又融合的现象，与理论示意图2(b)是一致的，其中磁场By产生的等效相位的范围如图2(b)中方框所示。
实施例4
本实施例用来说明在实施例1制备的另一个基于反常约瑟夫森效应的器件中的反常约瑟夫森效应。
具体的测量步骤如下：
(1)接线：选定待测量的器件，按照封装时的图样，确定样品在稀释制冷机上对应的接线口。利用四端法测量电阻，并用同轴线将器件的电流输入端接锁相放大器的输出端，器件的电流输出端接地，两个电压测量端接锁相放大器的电压输入端。
(2)设置锁相放大器：将锁相放大器设为电压测量A-B模式，设定输出的交流电压的频率为13.7Hz，防止市电噪音的耦合。
(3)测量电阻：将锁相的输出电压幅值调为为1mV，通过外接1M的电阻，使得器件输入端的输入电流为1nA。此时锁相放大器的电压测量端能测到器件两端的电压降，除以1nA的输入电流，即可得到电阻值。
(4)采数：通过SR232接口将锁相放大器与电脑相连接，采集锁相放大器的数据。
(5)施加磁场：同时施加垂直磁场Bz和面内磁场By，观测数据随磁场的变化。
图4为在约瑟夫森三结器件中演示反常约瑟夫森效应的示意图。
图4(a)是实际器件的SEM错色图。图4(b)是实际测量的接触电阻随磁场Bz和By的数据图，同样可以清晰的看到高电阻态劈裂成两支，最终又融合的现象，与理论示意图2(b)是一致的。
尽管本发明已进行了一定程度的描述，明显地，在不脱离本发明的精神和范围的条件下，可进行各个条件的适当变化。可以理解，本发明不限于所述实施方案，而归于权利要求的范围，其包括所述每个因素的等同替换。
Claims (10)
1.一种基于反常约瑟夫森效应的器件，其特征在于，所述基于反常约瑟夫森效应的器件从下至上依次包括衬底、纳米片、约瑟夫森N结图层(N为≥3的整数)、第一层金属膜、绝缘层、探测电极图层、第二层金属膜；
优选地，所述衬底为提前制备好标记阵列的衬底；和/或
优选地，所述基于反常约瑟夫森效应的器件为约瑟夫森三结器件和约瑟夫森四结器件；最优选为约瑟夫森三结器件。
2.根据权利要求1所述的基于反常约瑟夫森效应的器件，其特征在于：
所述衬底为硅衬底或氧化铝衬底，最优选为硅衬底；
所述纳米片为Bi2Se3纳米片或Bi2Te3纳米片，最优选为Bi2Se3纳米片；
所述纳米片的厚度为20～50nm，优选为20～40nm，最优选为30nm；
所述纳米片的长度为5～20μm，优选为5～15μm，最优选为10μm；
所述第一层金属膜的厚度为50～100nm，优选为60～90nm，进一步优选为70～90nm，最优选为80nm；
所述第二层金属膜的厚度为100～200nm，优选为120～180nm，进一步优选为140～170nm，最优选为160nm；
所述约瑟夫森N结器件的图形为“T”型或“Y”型，最优选为“T”型；
所述绝缘层的材料为过曝光的PMMA胶或氧化铝，最优选为过曝光的PMMA胶；
所述第一层金属膜的金属选自以下一种或多种：铅、铝、铌，优选为铅、铝，最优选为铅；和/或
所述第二层金属膜的金属为金或钯，最优选为金。
3.制备根据权利要求1或2所述的基于反常约瑟夫森效应的器件的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)生长纳米片，并将生长的纳米片转移到衬底上；
(2)定位、拍照步骤(1)制备的纳米片，根据所拍光学照片绘制约瑟夫森N结、绝缘层和探测电极的电路图；
(3)旋涂电子束光刻胶，烘烤、曝光约瑟夫森N结图层并对其显影；
(4)镀金属膜，去胶，即得所述基于反常约瑟夫森效应的器件。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中：所述生长纳米片的方法为化学气相沉积法(CVD)。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中：
所述电子束光刻胶为PMMA；
所述涂胶的机器为台式匀胶机；
所述涂胶的时间为40～80s，优选为50～70s，最优选为60s；
所述涂胶的转速为2000～6000rpm，优选为3000～5000rpm，最优选为4000rpm；
所述烘烤的时间为40～80s，优选为50～70s，最优选为60s；
所述烘烤的温度为100～150℃，优选为110～140℃，最优选为120℃；
所述曝光的方法选自以下一种或多种：电子束曝光、紫外曝光、激光直写，优选为电子束曝光或紫外曝光，最优选为电子束曝光；
所述曝光的面曝光剂量为50～200μA/cm2，优选为50～150μA/cm2，最优选为100μA/cm2；和/或
所述显影液为MIBK，最优选为MIBK：IPA＝1:3的MIBK。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)中还包括以下步骤：镀第一层金属膜，去胶后浸泡并超声、清洗。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤(4)后还包括以下步骤：
(a)重复步骤(3)旋涂电子束光刻胶，烘烤、曝光绝缘层图层并对其显影；
(b)重复步骤(3)旋涂电子束光刻胶，烘烤、曝光探测电极图层并对其显影；
(c)镀第二层金属膜，去胶后浸泡并超声、清洗；
优选地，所述探测电极与约瑟夫森N结结区中心点接触；
优选地，所述绝缘图层的面曝光剂量为3000～5000μA/cm2，优选为3500～4500μA/cm2，最优选为4000μA/cm2；和/或
优选地，所述探测电极图层的面曝光剂量为50～200μA/cm2，优选为50～150μA/cm2，最优选为100μA/cm2。
8.一种相位调控方法，其特征在于，所述相位调控方法包括：使用根据权利要求1或2所述的基于反常约瑟夫森效应的器件或按照权利要求3至7中任一项所述的方法制备的基于反常约瑟夫森效应的器件来调控超导的相位差；
优选地，所述相位调控包括以下步骤：将制备好的所述基于反常约瑟夫森效应的器件放入稀释制冷机中，降温后，施加面内磁场，产生反常约瑟夫森效应，利用探测电极测量与中心点接触电阻的变化，根据接触电阻的变化来检测相位参数的变化。
9.根据权利要求8所述的相位调控方法，其特征在于，
所述面内磁场为平行于结区的面内磁场；和/或
所述降温的温度为1～20mK，进一步优选为5～15mK，最优选为10mK。
10.根据权利要求8或9所述的相位调控方法，其特征在于，所述相位调控方法还包括：顺时针定义结区1、结区2和结区3，当同时施加Z轴磁场Bz和Y轴磁场By时，
φ3＝-4πBzS/φ0 公式(3)；
其中，φ1、φ2、φ3为三个顺时针结区的相位差；
为磁场By在结区1、结区2中产生的等效相位；S为约瑟夫森结的环路面积；φ0为一个量子磁通；约瑟夫森三结的结区在超导电极的作用下，被诱导为超导态；
优选地，当
时，对于所述约瑟夫森三结的结区，其能隙关闭，由诱导超导态转变为正常态，使得与所述探测电极之间的接触电阻变大。
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| US20040012407A1 (en) * | 2001-12-18 | 2004-01-22 | Amin Mohammad H. S. | Multi-junction phase qubit |
| WO2016170539A1 (en) * | 2015-04-20 | 2016-10-27 | Yeda Research And Development Co. Ltd. | Electronically-tunable multi-junction multi-terminal squid-on-tip |
| CN107293638A (zh) * | 2016-04-05 | 2017-10-24 | 中国科学院物理研究所 | 一种约瑟夫森结器件及其制备方法 |
| CN108807656A (zh) * | 2018-02-13 | 2018-11-13 | 中国科学技术大学 | 基于双表面拓扑超导特性的约瑟夫森器件及制备方法 |
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