We study the Josephson coupling in ballistic graphene devices encapsulated with hexagonal boron nitride crystal by low temperature transport measurement. We adopted DC magnetron sputtered tantalum film for the transparent superconducting contact of graphene Josephson junction which has long superconducting correlation length to reinforce the relative Josephson coupling strength.
The transport properties of the micrometer scale graphene Josephson junctions both in normal and superconducting states are investigated. The normal transport measurement demonstrates that the ballistic transport of our graphene devices by high ballistic transmission coefficient and Fabry-Perot resonance. The strong Josephson coupling is manifested by two transport characteristics of Josephson junction. First, the IcRn product in scale of superconducting gap energy approaches to 2, which is close to the theoretical prediction for the Josephson junction in short and ballistic regime. Second, the temperature dependence of critical current shows a good agreement with the short Josephson junction characteristics suggested by Kulik and Omel’yanchek. This strong Josephson coupling over significantly long channel length of greater than micrometer scale can be attributed to the small superconducting gap energy that leads to long superconducting correlation length in graphene. Clear features of multiple Andreev reflections up to the third order also support that Josephson coupling persists over micrometer scale. We also investigate the short/long crossover-like behavior of Josephson coupling. The suppression of Josephson coupling strength in 2μm long device may attribute to the imperfect transmission of Cooper pair from tantalum to graphene due to the incorporated impurities during the sputtering process.
저온에서의 수송 특성 측정을 통하여 질화 붕소 결정으로 싸여진 탄도적 그래핀 소자에서의 조셉슨 결합을 연구하였다. DC 마그네트론 스퍼터를 통하여 증착된 탄탈륨 박막을 사용하여 높은 투명도를 가진 초전도 전극 접촉을 실현하였다. 또한 탄탈륨의 긴 초전도 상관 길이를 통하여, 상대적으로 강한 조셉슨 결합 강도를 실현하였다. 정상 및 초전도 상태에서 마이크로 미터 길이 의 그래핀 조셉슨 접합의 수송 특성이 조사되었다. 높은 탄도적 전송 계수와 Fabry-Perot 공명을 통하여 그래핀 소자의 탄도적 전하 운송 특성을 입증하였다. 본 연구에서 연구된 그래핀 소자에 서의 강한 조셉슨 결합은 두 가지 수송 특성 측정을 통하여 보여졌다. 첫째, 임계전류의 값과 정상상태 저항의 곱이 초전도 에너지 갭의 두 배에 가깝게 측정되었다. 이는 짧은 조셉슨 결합의 이론적 예측에 가깝다. 둘째, 임계 전류의 온도 의존성이 Kulik과 Omel'yanchek가 제안한 짧은 조셉슨 접합 특성과 잘 일치한다. 증착된 탄탈륨의 작은 초전도 갭 에너지로 인해, 초전도 상관 길이가 디바이스의 길이보다 매우 길어졌고, 이는 상대적으로 강한 조셉슨 결합으로 이어졌다.
또한, 뚜렷한 3차 다중 안드레예프 반사를 통하여, 조셉슨 결합이 마이크로미터 길이 이상 유지 된다는 것을 확인하였다.
