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聚焦氦离子束技术——高温超导约瑟夫森结制备的潜力路径

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徐娟, 王越, 王旭, 金魁. 2026: 聚焦氦离子束技术——高温超导约瑟夫森结制备的潜力路径, 物理, 55(1): 41-51. doi: 10.7693/wl20260104
引用本文: 徐娟, 王越, 王旭, 金魁. 2026: 聚焦氦离子束技术——高温超导约瑟夫森结制备的潜力路径, 物理, 55(1): 41-51. doi: 10.7693/wl20260104
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XU Juan, WANG Yue, WANG Xu, JIN Kui. 2026: Focused helium-ion-beam technology——A promising pathway for the fabrication of high-temperature superconducting Josephson junctions, Physics, 55(1): 41-51. doi: 10.7693/wl20260104
Citation: XU Juan, WANG Yue, WANG Xu, JIN Kui. 2026: Focused helium-ion-beam technology——A promising pathway for the fabrication of high-temperature superconducting Josephson junctions, Physics, 55(1): 41-51. doi: 10.7693/wl20260104
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聚焦氦离子束技术——高温超导约瑟夫森结制备的潜力路径

  • 1 中国科学院物理研究所 北京凝聚态物理国家实验室 北京 100190;

  • 2 北京大学物理学院 北京 100871

    • 通讯作者: 王越,email:yue.wang@pku.edu.cn;  王旭,email:risingsunwx@iphy.ac.cn; 
  • 基金项目:

    国家重点研发计划(批准号：2022YFA1603903)、中国科学院超导专项(批准号：SCZX-0102；SCZX-0201)、中国科学院稳定支持基础研究领域青年团队(批准号：2022YSBR-048)、国家自然科学基金(批准号：12225412；U23A6015；52588301)资助项目

Focused helium-ion-beam technology——A promising pathway for the fabrication of high-temperature superconducting Josephson junctions

  • 1 Beijing National Laboratory for Condensed Matter Physics, Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China;

  • 2 School of Physics, Peking University, Beijing 100871, China

    • Corresponding authors: WANG Yue ;  WANG Xu ; 

  • 摘要: 超导约瑟夫森结基于可观测的宏观量子效应，是推动精密计量、弱磁探测、太赫兹混频等弱电应用发展的核心部件。相比低温超导约瑟夫森结，高温超导约瑟夫森结在制冷能效、上限工作频率等方面具有显著优势，然而在可控及可重复制备方面一直面临挑战。作为一种亚纳米级精度、直写式微纳加工新方法，聚焦氦离子束技术正逐渐应用于高温超导约瑟夫森结的制备与研究。文章将从技术发展历程、器件制备优势、前沿应用案例及未来前景等方面介绍聚焦氦离子束技术。
    Abstract: As an observable macroscopic quantum phenomenon, superconducting Josephson junctions drive the development of quantum metrology, weak-magnetic field sensing, terahertz mixing, and other weak-signal applications. Compared with low-temperature superconducting Josephson junctions, high-temperature superconducting(HTS) Josephson junctions can lower refrigeration costs and raise device operating frequencies. However, their controllable and reproducible fabrication has remained a challenge. With sub-nanometre precision and mask-free direct writing, focused helium-ion-beam technology is now being applied to the fabrication and research of HTS Josephson junctions. This technology will be reviewed from four perspectives: its evolution, its advantages in HTS device fabrication, frontier applications, and future prospects.
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出版历程
  • 收稿日期:  2025-09-28

聚焦氦离子束技术——高温超导约瑟夫森结制备的潜力路径

    通讯作者: 王越,email:yue.wang@pku.edu.cn; 
    通讯作者: 王旭,email:risingsunwx@iphy.ac.cn; 
  • 1 中国科学院物理研究所 北京凝聚态物理国家实验室 北京 100190;
  • 2 北京大学物理学院 北京 100871
  • 收稿日期:  2025-09-28
基金项目: 

摘要: 超导约瑟夫森结基于可观测的宏观量子效应，是推动精密计量、弱磁探测、太赫兹混频等弱电应用发展的核心部件。相比低温超导约瑟夫森结，高温超导约瑟夫森结在制冷能效、上限工作频率等方面具有显著优势，然而在可控及可重复制备方面一直面临挑战。作为一种亚纳米级精度、直写式微纳加工新方法，聚焦氦离子束技术正逐渐应用于高温超导约瑟夫森结的制备与研究。文章将从技术发展历程、器件制备优势、前沿应用案例及未来前景等方面介绍聚焦氦离子束技术。

English Abstract

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