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Spin-Degeneracy Breaking and Parity Transitions in Three-Terminal Josephson Junctions
Physical Review X ( IF 11.6 ) Pub Date : 2024-08-13 , DOI: 10.1103/physrevx.14.031024 M. Coraiola 1 , D. Z. Haxell 1 , D. Sabonis 1 , M. Hinderling 1 , S. C. ten Kate 1 , E. Cheah 2, 3 , F. Krizek 1, 2, 3 , R. Schott 2, 3 , W. Wegscheider 2, 3 , F. Nichele 1
Physical Review X ( IF 11.6 ) Pub Date : 2024-08-13 , DOI: 10.1103/physrevx.14.031024 M. Coraiola 1 , D. Z. Haxell 1 , D. Sabonis 1 , M. Hinderling 1 , S. C. ten Kate 1 , E. Cheah 2, 3 , F. Krizek 1, 2, 3 , R. Schott 2, 3 , W. Wegscheider 2, 3 , F. Nichele 1
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Hybrid Josephson junctions (JJs) realized in superconductor-semiconductor heterostructures host fermionic modes known as Andreev bound states (ABSs). In these structures, a promising and yet unexplored avenue for harnessing spin and parity degrees of freedom is offered by JJs with three or more superconducting terminals, where phase-induced spin polarization and transitions of the ground state to an odd parity were predicted to arise. Here we spectroscopically probe the two-dimensional band structure of ABSs in a phase-controlled InAs/Al three-terminal JJ. Andreev bands show signatures of spin-degeneracy breaking, with level splitting in excess of ∼ 9 GHz , and zero-energy crossings associated to ground state fermion parity transitions. Spin splitting and parity transitions are enabled and controlled by locally applied magnetic fluxes, in the absence of Zeeman effect or Coulomb blockade. Our results underscore the potential of multiterminal hybrid devices for phase engineering ABSs, with significant implications for spin- and parity-based quantum devices. Published by the American Physical Society 2024
中文翻译:
三端 Josephson 结中的自旋简并断裂和奇偶校验转变
在超导体-半导体异质结构中实现的混合约瑟夫森结 (JJ) 具有称为安德烈耶夫束缚态 (ABS) 的费米子模式。在这些结构中,具有三个或更多超导端子的 JJ 为利用自旋和奇偶自由度提供了一种有前途但尚未探索的途径,其中预计会出现相位诱导的自旋极化和基态向奇数奇偶校验的转变。在这里,我们在光谱学上探测了相位控制的 InAs/Al 三端 JJ 中 ABS 的二维能带结构。Andreev 能带显示出自旋简并断裂的特征,能级分裂超过 ∼9 GHz,以及与基态费米子奇偶校验跃迁相关的零能量交叉。在没有塞曼效应或库仑阻塞的情况下,自旋分裂和奇偶校验过渡由局部施加的磁通量启用和控制。我们的结果强调了多端混合器件在相位工程 ABS 中的潜力,对基于自旋和奇偶校验的量子器件具有重大意义。 美国物理学会 2024 年出版
更新日期:2024-08-13
中文翻译:
三端 Josephson 结中的自旋简并断裂和奇偶校验转变
在超导体-半导体异质结构中实现的混合约瑟夫森结 (JJ) 具有称为安德烈耶夫束缚态 (ABS) 的费米子模式。在这些结构中,具有三个或更多超导端子的 JJ 为利用自旋和奇偶自由度提供了一种有前途但尚未探索的途径,其中预计会出现相位诱导的自旋极化和基态向奇数奇偶校验的转变。在这里,我们在光谱学上探测了相位控制的 InAs/Al 三端 JJ 中 ABS 的二维能带结构。Andreev 能带显示出自旋简并断裂的特征,能级分裂超过 ∼9 GHz,以及与基态费米子奇偶校验跃迁相关的零能量交叉。在没有塞曼效应或库仑阻塞的情况下,自旋分裂和奇偶校验过渡由局部施加的磁通量启用和控制。我们的结果强调了多端混合器件在相位工程 ABS 中的潜力,对基于自旋和奇偶校验的量子器件具有重大意义。 美国物理学会 2024 年出版