CN114595569B - 利用界面结构调控氧化铝约瑟夫森结电输运性质的方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于电子核心产业超导集成电路技术领域，特别涉及一种利用界面结构调控氧化铝约瑟夫森结电输运性质的方法，采用量子弹道输运理论与第一性原理结合的方法，对规则的三维Al/Al₂O₃/Al约瑟夫森结器件模型中Al₂O₃的不同终端方式及厚度对电子输运性质的影响进行模拟分析，通过分析三种不同氧化铝界面终端方式下的零偏压电导、电流‑电压曲线，及不同厚度下各种界面终端方式对电输运性质的影响，明确影响约瑟夫森结性能的微观结构因素，通过从原子尺度来对约瑟夫森结器件进行研究，能够更加清晰地认识氧化铝的界面终端方式及厚度对Al/Al₂O₃/Al体系电子输运性质的重要影响，为工艺上能够制备出更高质量的约瑟夫森结提供理论参考，具有较好的应用前景。

Description

利用界面结构调控氧化铝约瑟夫森结电输运性质的方法

技术领域

本发明属于电子核心产业超导集成电路技术领域，特别涉及一种利用界面结构调控氧化铝约瑟夫森结电输运性质的方法。

背景技术

基于约瑟夫森结的超导量子比特是目前最有潜力且发展最好的量子比特之一，约瑟夫森结是由两个超导体之间嵌入介电层薄膜形成弱耦合的隧道结，介电层的质量和结构特征直接决定了电荷载流子穿过势垒的隧穿特性，从而决定了结的性能，介电层通常采用绝缘材料，因此也被称为超导体-绝缘体-超导体(SIS)器件。当前比较主流的约瑟夫森结通常被制造成Al/AlO_x/Al的“三明治”结构。随着大规模量子计算机的兴起，分析限制约瑟夫森结性能的因素变得至关重要。电子结构与约瑟夫森结的物理性质紧密相关，是结的具体性质的微观体现。在对电子结构等微观性质进行研究时，计算机模拟的方式有着实验手段不可比拟的优势，成本低、能清晰观察微观现象、不受环境因素影响、能够在极端条件下进行模拟等。目前，已经有很多科研人员通过计算机模拟仿真来对其进行研究。约瑟夫森结性能的提高，关键取决于Al/AlO_x/Al相接触的界面质量，现有基于第一性原理的方法从原子尺度对铝和氧化铝接触界面的研究集中，通常是采用异质结的结构，单纯地对一侧的接触界面进行研究，并未考虑氧化铝两端的界面终端方式对整个器件的影响。但，界面原子排列的微小变化对整个结输运性质的影响是显著的，而现有基于原子模型的理论研究一般只涉及单一的几何模型，而忽略了所有可能的界面效应，不利于从原子尺度上对氧化铝界面终端方式对结输运性质的影响进行分析，限制约瑟夫森结制备技术应用。

发明内容

为此，本发明提供一种利用界面结构调控氧化铝约瑟夫森结电输运性质的方法，采用量子弹道输运理论与第一性原理结合的方法，对规则的三维Al/Al₂O₃/Al约瑟夫森结器件模型中Al₂O₃的不同终端方式及厚度对电子输运性质的影响进行模拟分析，明确影响约瑟夫森结性能的微观结构因素，为现有约瑟夫森结制备工艺的改进提供方向，从而提升约瑟夫森结及超导集成电路的性能。

按照本发明所提供的设计方案，一种利用界面结构调控氧化铝约瑟夫森结电输运性质的方法，包含如下内容：

设置铝和氧化铝的晶格常数，将x、y方向作为周期性方向，将z方向作为输运方向，利用铝和氧化铝的不同界面接触距离搭建与相应氧化层厚度和终端方式对应的多个三维Al/Al₂O₃/Al晶体模型，其中，氧化层终端方式包含：一层铝原子终端的铝终端方式、两层铝原子终端的双铝终端方式或一层氧原子终端的氧终端方式；

依据每种晶体模型的单点能来获取最佳界面接触距离，利用该最佳界面接触距离对相应晶体模型进行界面优化，并将优化后的晶体模型转换为Al/Al₂O₃/Al约瑟夫森结器件模型；

通过计算并分析Al/Al₂O₃/Al约瑟夫森结器件模型电输运性质，确定影响约瑟夫森结性能的界面原子排列变化微观结构因素，以指导约瑟夫森结制作工艺，其中，电输运性质至少包含：零偏压电导、I-V曲线及透射谱，微观结构因素至少包含：氧化铝界面终端方式及厚度。

作为本发明利用界面结构调控氧化铝约瑟夫森结电输运性质的方法，进一步地，晶体模型中输运器件包含：左、右电极，及中心散射区，其中，左、右电极为器件输运提供电子，中心散射区边界设置用于屏蔽中间散射区对电极影响的缓冲层，且缓冲层材料与电极材料一致。

作为本发明利用界面结构调控氧化铝约瑟夫森结电输运性质的方法，进一步地，搭建三维Al/Al₂O₃/Al晶体模型时，在不同终端方式晶体模型的基础上，固定氧化铝左侧分别为氧、铝、双铝终端方式，在其右侧按铝、双铝、氧的顺序一层一层地增加厚度，最终在氧化铝左侧终端方式相同的情况下分别得到对应不同氧化层厚度的晶体模型。

作为本发明利用界面结构调控氧化铝约瑟夫森结电输运性质的方法，进一步地，基于密度泛函理论的投影缀加平面波方法对铝和氧化铝晶胞进行优化，取不同界面接触距离计算单点能，且左右两端的接触距离保持一致，将能量最低时所对应的距离作为最佳界面接触距离。

作为本发明利用界面结构调控氧化铝约瑟夫森结电输运性质的方法，进一步地，依据铝终端方式、双铝终端方式及氧终端方式晶体模型所对应的最佳界面接触距离，将晶体模型中铝和氧化铝相接触的原子层进行优化，将其余原子固定，得到与三种终端方式对应的三种不同氧化铝界面终端约瑟夫森结器件模型。

作为本发明利用界面结构调控氧化铝约瑟夫森结电输运性质的方法，进一步地，基于量子输运软件计算各器件模型的零偏压电导、I-V曲线及能量透射系数，其中，利用格林函数获取电极的推迟和超前自能，并将电极从左电极散射到右电极的总概率作为能量投射系数；并依据计算电流I的郎道尔公式

将电流I视作透射谱在可预测能量E范围内的投影，T(E)为能量E下的透射系数，h为普朗克常数，e为单个电子电荷，f_l(E)-f_r(E)为左右电极费米分布的差值。

本发明的有益效果：

本发明通过分析三种不同氧化铝界面终端方式下的零偏压电导、电流-电压曲线，及不同厚度下各种界面终端方式对结输运性质的影响，明确影响约瑟夫森结性能的微观结构因素；通过分析可知，Al/Al₂O₃/Al体系中氧化铝的界面终端方式极大地影响着体系的透射率，进而影响体系的零偏压电导，双铝终端的体系电学性能最好，氧终端的最差；且通过观察无论体系为何种终端方式，其导电性均指数依赖于氧化层厚度；在氧化铝的厚度和终端方式的比较中，发现氧化铝的终端方式对体系的电子输运影响更大；通过从原子尺度来对约瑟夫森结器件进行研究，能够更加清晰地认识氧化铝的界面终端方式及厚度对Al/Al₂O₃/Al体系电子输运性质的重要影响，为工艺上能够制备出更高质量的约瑟夫森结提供理论参考，具有较好的应用前景。

附图说明：

图1为实施例中利用界面结构调控氧化铝约瑟夫森结电输运性质的方法流程示意；

图2为实施例中不同氧化铝界面终端方式的期间模型示意；

图3为实施例中不同厚度下所有终端方式模型所对应电导的相对变化率示意。

具体实施方式：

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚、明白，下面结合附图和技术方案对本发明作进一步详细的说明。

本发明实施例，提供一种利用界面结构调控氧化铝约瑟夫森结电输运性质的方法，参见图1所示，包含如下内容：

S101、设置铝和氧化铝的晶格常数，将x、y方向作为周期性方向，将z方向作为输运方向，利用铝和氧化铝的不同界面接触距离搭建与相应氧化层厚度和终端方式对应的多个三维Al/Al₂O₃/Al晶体模型，其中，氧化层终端方式包含：一层铝原子终端的铝终端方式、两层铝原子终端的双铝终端方式或一层氧原子终端的氧终端方式；

S102、依据每种晶体模型的单点能来获取最佳界面接触距离，利用该最佳界面接触距离对相应晶体模型进行界面优化，并将优化后的晶体模型转换为Al/Al₂O₃/Al约瑟夫森结器件模型；

S103、通过计算并分析Al/Al₂O₃/Al约瑟夫森结器件模型电输运性质，确定影响约瑟夫森结性能的界面原子排列变化微观结构因素，以指导约瑟夫森结制作工艺，其中，电输运性质至少包含：零偏压电导、I-V曲线及透射谱，微观结构因素至少包含：氧化铝界面终端方式及厚度。

采用量子弹道输运理论与第一性原理结合的方法，对规则的三维Al/Al₂O₃/Al约瑟夫森结器件模型中Al₂O₃的不同终端方式及不同厚度下各种终端方式对电子输运性质的影响进行模拟分析来确定影响约瑟夫森结性能的微观结构因素，为高质量约瑟夫森结的制备工艺提供技术指导。

在搭建三维Al/Al₂O₃/Al约瑟夫森结器件模型中，可采用铝的晶格常数为

氧化铝的晶格常数为

以使二者相匹配具有较低的失配率；取不同铝和氧化铝的界面接触距离搭建Al/Al₂O₃/Al晶体模型；通过计算每种模型的单点能，得到最佳的界面接触距离，使用此距离的晶体模型进行界面优化，并将优化后的晶体模型转换为Al(111)/α-Al2O3(0001)/Al(111)约瑟夫森结器件模型。

参见图2所示，(a)、(b)、(c)分别为氧终端、铝终端、双铝终端三种不同氧化铝界面终端的器件模型，每种模型的氧化铝两侧界面终端方式保持一致。三维结构沿着x和y方向周期性的延伸，电流沿z方向流动。模型包括图中所示为Al/Al₂O₃界面连接处的几层原子优化之后得到的最终结构。深色的球表示氧原子，浅色的球表示铝原子。

在搭建过程中，首先保证氧化铝两端具有氧终端、铝终端和双铝终端三种不同的终端方式得到三种器件模型。随后在三种模型的基础上按铝、双铝、氧层的顺序增加氧化层的厚度，每种模型增加至12层，共得到36种不同厚度、9种终端方式的器件模型。基于量子弹道输运理论与第一性原理计算方法中的密度泛函理论和非平衡格林函数理论相结合的方法来计算规则的三维器件模型的电输运性质，包括零偏压电导、I-V曲线以及辅助分析的透射谱等等。通过对得到的零偏压电导值、透射谱、I-V曲线等数据结果进行分析，明确影响约瑟夫森结性能的微观结构因素。

进一步地，器件模型包含：左、右电极，及中心散射区，其中，左、右电极为器件输运提供电子，中心散射区边界设置用于屏蔽中间散射区对电极影响的缓冲层，且缓冲层材料与电极材料一致。进一步地，搭建三维Al/Al₂O₃/Al晶体模型时，在不同终端方式晶体模型的基础上，固定氧化铝左侧分别为氧、铝、双铝终端方式，在其右侧按铝、双铝、氧的顺序一层一层地增加厚度，最终在氧化铝左侧终端方式相同的情况下分别得到对应不同氧化层厚度的晶体模型。

为了从原子尺度对结的电子输运性质进行模拟分析，可通过创建不同氧化层界面终端方式以及不同厚度的约瑟夫森结器件模型。现有研究表明，Al(111)平面和α-Al₂O₃(0001)界面相匹配是最稳定的结构，因此，通过搭建Al(111)/α-Al₂O₃(0001)/Al(111)约瑟夫森结器件模型，将x和y方向作为周期性方向，z方向作为输运方向。输运器件包含左、右电极及中心散射区三个部分。左右电极分别往z＝±∞处延伸，为器件的输运提供电子，是具有半无限长的周期性结构。在中心散射区边界部分设置一些缓冲层以屏蔽中间散射区对电极的影响，且缓冲层的材料与电极保持一致。对于Al₂O₃(0001)的表面，包括三种不同的终端形式，分别为由一层铝原子终端的铝终端方式；由两层铝原子终端的双铝终端方式以及由一层氧原子终端的氧终端方式。这也是用于确定器件模型需要考虑的重要因素。

采用基于密度泛函理论(DFT)的投影缀加平面波方法(PAW)的DS-PAW程序来分别对铝和氧化铝晶胞进行优化。用优化之后得到的材料搭建晶体模型，可取不同界面接触距离计算单点能，并使得左右两端的接触距离保持一致，能量最低时所对应的距离即为最佳距离。由计算结果可知铝终端、双铝终端、氧终端三种不同终端方式的模型所对应的最佳界面距离分别为

因此，可选用此距离作为最终的模型界面接触距离，在此距离下体系所具有的能量最低，这也为进一步优化模型奠定了基础。将得到的晶体模型中铝和氧化铝相接触的几层原子进行优化，将其余原子固定，最终得到氧终端、铝终端、双铝终端三种不同氧化铝界面终端的器件模型。

除了对α-Al₂O₃(0001)的不同终端方式对约瑟夫森结输运性质影响的研究，还可对不同氧化铝厚度下各种终端方式对结输运性质的影响进行模拟分析。在三种不同终端模型的基础上固定氧化铝左侧分别为氧、铝、双铝终端方式，在其右侧按照铝、双铝、氧的顺序一层一层地增加其厚度并搭建模型。最终在氧化铝左侧终端方式相同的情况下分别得到12种不同厚度的模型，共对36种不同厚度的模型进行了计算。

进一步地，基于密度泛函理论的投影缀加平面波方法对铝和氧化铝晶胞进行优化，取不同界面接触距离计算单点能，且左右两端的接触距离保持一致，将能量最低时所对应的距离作为最佳界面接触距离。进一步地，依据铝终端方式、双铝终端方式及氧终端方式晶体模型所对应的最佳界面接触距离，将晶体模型中铝和氧化铝相接触的原子层进行优化，将其余原子固定，得到与三种终端方式对应的三种不同氧化铝界面终端约瑟夫森结器件模型。

采用基于密度泛函理论(DFT)和非平衡格林函数方法(NEGF-DFT)并且不包含经验参数的第一性原理量子输运软件Nanodcal来计算各种模型的电输运性质，包括零偏压电导、I-V曲线、透射谱等。

哈密顿矩阵和密度矩阵的收敛标准均设置为10^-5eV，可使用原子轨道线性组合(LCAO)基集来展开Kohn-Sham(KS)波函数，平面波截断能可设置为100Hartree，自洽时选用的最大步数和自洽混合比例可分别设置为200和0.05，在电极部分和中心区部分自洽计算时K点可分别采用5×5×100和5×5×1。

为了计算处于能量E的电子从左电极l散射到右电极r的总概率也即是透射系数T(E)，可计算格林函数：

G^R，A(E)＝[ES-H-∑^R，A]^-1

其中，G^R、G^A分别表示推迟和超前格林函数，S是由于轨道非正交而导致的重叠矩阵(如果轨道正交，S为单位矩阵)，H代表体系的哈密顿矩阵，∑^R、∑^A分别表示推迟和超前自能，并且可以利用

通过矩阵变换来计算G^R.。有了格林函数之后，可以通过下式来计算透射系数：

T(E)＝tr[G^R(E)Γ_l(E)G^A(E)Γ_r(E)]

其中，

是电极l的推迟(超前)自能。可将布里渊区采样K点分别设置为20x20x1和100×100×1并进行计算，并对两组数据的计算结果进行对比，发现二者的计算精度大约只相差1％，而K点取20x20x1时的计算速度提高了12倍左右。因此，最终可取20x20x1的K点进行计算，能够在不影响计算精度的情况下极大地提高计算效率。电导值是通过以下公式来计算的：

其中，G₀＝2e²/h是量子电导，h是普朗克常数，e是单个电子的电荷，f_l(E)-f_r(E)是左右电极费米分布的差值，V_r-V_l是左右电极所施加偏压的差值，T(E)也就是前面所提到的某一能量下的透射系数，当施加的偏压趋近于零时，得到的极限值也就是平衡态下的电导值，由公式可知电导与施加的偏压大小以及透射系数紧密相关。

电流的计算由郎道尔公式给出：

由以上公式可以表明电流与电压的施加方式无关，只与它们的差值有关，且电流可以看作是透射谱在一定的能量范围内的投影。

不同终端模型的零偏压电导分析中，首先，基于Nanodcal软件计算的三种不同界面终端方式的零偏压电导并进行比较，在氧化层厚度极低的条件下，使得氧化铝层对界面效应非常敏感；计算结果显示三种模型的导电性能差别较大，其中氧终端模型的电导值最小，与另外两种模型的电导值相差一个数量级，双铝终端模型的电导值最大。

在不同终端模型的I-V曲线分析中，施加不同偏压后根据郎道尔公式计算得到的三种不同终端的模型所对应的电压-电流曲线，I-V曲线显示，三种模型的电流随着偏压的增加都呈上升的趋势，且当所加的偏压接近于0时，结模型均表现出线性增大的欧姆行为，而在高偏压下表现出电流的指数上升，这与实验测量结果和R.Holm关于薄膜隧穿理论的计算在定性上是一致的。为了得到正反向电流的区别，利用三种不同终端的器件模型分别施加方向相反的电压并计算其对应的电流，得到氧、铝、双铝终端模型的正反向I-V曲线。当施加方向相反的电压时，电流会有微小差别，这一仿真结果在定性上与工艺测量结果一致，但这种差别的存在是合理的，对在定性上对约瑟夫森结进行研究没有影响。三种模型中氧终端的模型正反向电流差异最小，铝终端的最大，这是由于体系的结构不同，结构决定性质。在相同条件下，体系的结构决定了不同终端方式的模型对正反向电压的响应也不同。

不同厚度模型的零偏压电导分析中，为保证氧化铝左侧分别为铝、双铝、氧终端，在其右侧按层增加厚度，共得到36种不同厚度的约瑟夫森结器件模型，这些模型中氧化铝的左右两侧终端方式不一定相同，共包含九种不同的终端方式，模型中氧化铝的左右两侧分别为双铝-双铝终端、铝-双铝终端、双铝-铝终端、氧-双铝终端、双铝-氧终端、铝-铝终端、铝-氧终端、氧-铝终端和氧-氧终端。经过对计算的数据进行分析得知随着势垒层厚度的增加，氧化铝右侧为相同终端模型的零偏压电导呈指数衰减，当势垒层厚度较大时，电导值非常小，由此，得到的结论与理论上相符。计算结果显示，当模型左侧的终端方式不同时，右侧终端方式对电导的影响虽然有所区别，但是效果类似，右侧为双铝终端模型的电导总是要大一些，造成这种影响的原因可能是由于双铝终端的模型具有一定的金属通道，电子隧穿几率更大一些。从计算结果可以直观地得到当“三明治”结构的氧化铝与两边铝的接触面均为双铝终端时，器件的导电性能最好。而两端均为氧终端时，导电性能最差，这与前面对界面终端方式的研究结果一致。随着氧化层厚度的增加，不同终端器件模型的电导值均呈指数下降的趋势，这是由于势垒高度的大小由氧化层材料的厚度和性质共同决定，而随着势垒层的加厚，电荷载流子的隧穿几率急剧减小，体系的导电能力下降。并且可以得到在相似厚度下，器件的终端方式起着主要作用。比如在双铝终端的情况下，当氧化层厚度约为

时，电导值会比氧化层厚度约为

的氧终端的器件模型还要大。这可能是由于在双铝终端的情况下，器件会显示出一些金属特性，并且相当于减小了势垒层的厚度，从而导电性会更好一些，而氧化物为绝缘体，所以导电性相对较差。由此可见，氧化铝界面的终端方式对器件的电学性能有很大影响，这也为约瑟夫森结在工艺制备上提供了改进方向。

在工艺制备以氧化铝作为绝缘层的约瑟夫森结的过程中，氧化铝的终端方式是不能够完全确定的，而且氧化层厚度的微小变化都有可能对结的性能造成巨大的影响。因此，本案实施例中，通过模拟分析能够找到一种对氧化铝厚度较不敏感的终端方式，这样一来，能够降低结厚度的微小变化对整体性能的影响。为了说明不同终端方式的模型对氧化铝厚度的敏感性，可定义电导的相对变化率为

其中G_i表示某一种氧化铝终端方式下第i个厚度模型所对应的电导值，d表示某一固定值。各种氧化铝终端方式的模型中氧化层厚度在

左右，在计算相对变化率时将d值取为22。通过计算得到如图3所示的电导与氧化层厚度的相对变化率，共包含九种不同的氧化物终端方式，每种终端方式所对应的相对变化率均随着厚度的增大而逐渐减小，并且各种终端方式的区别比较明显，其中氧化铝两端均为氧终端和双铝终端的模型所对应的相对变化率分别为较低和最高，这说明了氧终端的模型对厚度的敏感度相对较低，而双铝终端的模型对厚度的敏感度较高。通过模拟分析，能够更好地从原子层面理解约瑟夫森结，便于通过改进工艺制备技术及方法等多个方面来制备出对厚度较不敏感的约瑟夫森结。

多种氧化铝界面终端方式对约瑟夫森结电输运性质影响的模拟分析，Al/Al₂O₃/Al体系中氧化铝的界面终端方式极大地影响着体系的透射率，进而影响体系的零偏压电导，双铝终端的体系电学性能最好，氧终端的最差，并且无论体系为何种终端方式，其导电性均指数依赖于氧化层厚度。在氧化铝的厚度和终端方式的比较中发现，氧化铝的终端方式对体系的电子输运影响更大。通过确定影响约瑟夫森结性能的微观结构因素，制备高质量约瑟夫森结的提供技术指导。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对步骤、数字表达式和数值并不限制本发明的范围。

基于上述的方法和/或系统，本发明实施例还提供一种服务器，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现上述的方法。

基于上述的方法和/或系统，本发明实施例还提供一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其中，该程序被处理器执行时实现上述的方法。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种利用界面结构调控氧化铝约瑟夫森结电输运性质的方法，其特征在于，包含如下内容：

设置铝和氧化铝的晶格常数，将x、y方向作为周期性方向，将z方向作为输运方向，利用铝和氧化铝的不同界面接触距离搭建与相应氧化层厚度和终端方式对应的多个三维Al/Al₂O₃/Al晶体模型，其中，氧化层终端方式包含：一层铝原子终端的铝终端方式、两层铝原子终端的双铝终端方式或一层氧原子终端的氧终端方式；

依据每种晶体模型的单点能来获取最佳界面接触距离，利用该最佳界面接触距离对相应晶体模型进行界面优化，并将优化后的晶体模型转换为Al/Al₂O₃/Al约瑟夫森结器件模型；

通过计算并分析Al/Al₂O₃/Al约瑟夫森结器件模型电输运性质，确定影响约瑟夫森结性能的界面原子排列变化微观结构因素，以指导约瑟夫森结制作工艺，其中，电输运性质包含：零偏压电导、I-V曲线和透射谱，微观结构因素包含：氧化铝界面终端方式和厚度。

2.根据权利要求1所述的利用界面结构调控氧化铝约瑟夫森结电输运性质的方法，其特征在于，晶体模型中输运器件包含：左、右电极，及中心散射区，其中，左、右电极为器件输运提供电子，中心散射区边界设置用于屏蔽中间散射区对电极影响的缓冲层，且缓冲层材料与电极材料一致。

3.根据权利要求1或2所述的利用界面结构调控氧化铝约瑟夫森结电输运性质的方法，其特征在于，搭建三维Al/Al₂O₃/Al晶体模型时，在不同终端方式晶体模型的基础上，固定氧化铝左侧分别为氧、铝、双铝终端方式，在其右侧按铝、双铝、氧的顺序一层一层地增加厚度，最终在氧化铝左侧终端方式相同的情况下分别得到对应不同氧化层厚度的晶体模型。

4.根据权利要求1所述的利用界面结构调控氧化铝约瑟夫森结电输运性质的方法，其特征在于，基于密度泛函理论的投影缀加平面波方法对铝和氧化铝晶胞进行优化，取不同界面接触距离计算单点能，且左右两端的接触距离保持一致，将能量最低时所对应的距离作为最佳界面接触距离。

5.根据权利要求1或4所述的利用界面结构调控氧化铝约瑟夫森结电输运性质的方法，其特征在于，依据铝终端方式、双铝终端方式及氧终端方式晶体模型所对应的最佳界面接触距离，将晶体模型中铝和氧化铝相接触的原子层进行优化，将其余原子固定，得到与三种终端方式对应的三种不同氧化铝界面终端约瑟夫森结器件模型。

6.根据权利要求1所述的利用界面结构调控氧化铝约瑟夫森结电输运性质的方法，其特征在于，基于量子输运软件计算各器件模型的零偏压电导、I-V曲线及能量透射系数，其中，利用格林函数获取电极的推迟和超前自能，并将电极从左电极散射到右电极的总概率作为能量投射系数；并依据计算电流I的郎道尔公式

将电流I视作透射谱在可预测能量E范围内的投影，T(E)为能量E下的透射系数，h为普朗克常数，e为单个电子电荷，f_l(E)-f_r(E)为左右电极费米分布的差值。

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