Dispersive charge sensing is realized in hybrid semiconductor-superconductor nanowires in gate-defined single- and double-island device geometries. Signal-to-noise ratios (SNRs) were measured in both the frequency and time domains. Frequency-domain measurements were carried out as a function of frequency and power and yield a charge sensitivity of 1 × 10–3 e/ for an ∼11 MHz measurement bandwidth. Time-domain measurements yield SNR > 1 for a 20 μs integration time. At zero magnetic field, photon-assisted tunneling was detected dispersively in a double-island geometry, indicating coherent hybridization of the two superconducting islands. At an axial magnetic field of 0.6 T, subgap states are detected dispersively, demonstrating the suitability of the method to sensing in the topological regime.
References
1.
R.
Schoelkopf
, P.
Wahlgren
, A.
Kozhevnikov
, P.
Delsing
, and D.
Prober
, Science
280
, 1238
(1998
).2.
C.
Barthel
, M.
Kjærgaard
, J.
Medford
, M.
Stopa
, C. M.
Marcus
, M. P.
Hanson
, and A. C.
Gossard
, Phys. Rev. B
81
, 161308
(2010
).3.
M.
Cassidy
, A.
Dzurak
, R.
Clark
, K.
Petersson
, I.
Farrer
, D.
Ritchie
, and C.
Smith
, Appl. Phys. Lett.
91
, 222104
(2007
).4.
T.
Müller
, B.
Küng
, S.
Hellmüller
, P.
Studerus
, K.
Ensslin
, T.
Ihn
, M.
Reinwald
, and W.
Wegscheider
, Appl. Phys. Lett.
97
, 202104
(2010
).5.
S. J.
Hile
, M. G.
House
, E.
Peretz
, J.
Verduijn
, D.
Widmann
, T.
Kobayashi
, S.
Rogge
, and M. Y.
Simmons
, Appl. Phys. Lett.
107
, 093504
(2015
).6.
N.
Ares
, F. J.
Schupp
, A.
Mavalankar
, G.
Rogers
, J.
Griffiths
, G. A. C.
Jones
, I.
Farrer
, D. A.
Ritchie
, C. G.
Smith
, A.
Cottet
, G. A. D.
Briggs
, and E. A.
Laird
, Phys. Rev. Appl.
5
, 034011
(2016
).7.
M.-C.
Harabula
, T.
Hasler
, G.
Fülöp
, M.
Jung
, V.
Ranjan
, and C.
Schönenberger
, Phys. Rev. Appl.
8
, 054006
(2017
).8.
D. J.
Reilly
, C. M.
Marcus
, M. P.
Hanson
, and A. C.
Gossard
, Appl. Phys. Lett.
91
, 162101
(2007
).9.
T.
Duty
, G.
Johansson
, K.
Bladh
, D.
Gunnarsson
, C.
Wilson
, and P.
Delsing
, Phys. Rev. Lett.
95
, 206807
(2005
).10.
J. I.
Colless
, A. C.
Mahoney
, J. M.
Hornibrook
, A. C.
Doherty
, H.
Lu
, A. C.
Gossard
, and D. J.
Reilly
, Phys. Rev. Lett.
110
, 046805
(2013
).11.
S. D.
Sarma
, M.
Freedman
, and C.
Nayak
, npj Quantum Inf.
1
, 15001
(2015
).12.
D.
Aasen
, M.
Hell
, R. V.
Mishmash
, A.
Higginbotham
, J.
Danon
, M.
Leijnse
, T. S.
Jespersen
, J. A.
Folk
, C. M.
Marcus
, K.
Flensberg
, and J.
Alicea
, Phys. Rev. X
6
, 031016
(2016
).13.
T.
Karzig
, C.
Knapp
, R. M.
Lutchyn
, P.
Bonderson
, M. B.
Hastings
, C.
Nayak
, J.
Alicea
, K.
Flensberg
, S.
Plugge
, Y.
Oreg
, C. M.
Marcus
, and M. H.
Freedman
, Phys. Rev. B
95
, 235305
(2017
).14.
D.
Litinski
, M. S.
Kesselring
, J.
Eisert
, and F.
von Oppen
, Phys. Rev. X
7
, 031048
(2017
).15.
S.
Vijay
, T. H.
Hsieh
, and L.
Fu
, Phys. Rev. X
5
, 041038
(2015
).16.
A.
West
, B.
Hensen
, A.
Jouan
, T.
Tanttu
, C.-H.
Yang
, A.
Rossi
, M. F.
Gonzalez-Zalba
, F.
Hudson
, A.
Morello
, D. J.
Reilly
, and A. S.
Dzurak
, Nat. Nanotechnol.
14
, 437
–441
(2019
).17.
N. J.
Lambert
, A. A.
Esmail
, M.
Edwards
, F. A.
Pollock
, B. W.
Lovett
, and A. J.
Ferguson
, Appl. Phys. Lett.
109
, 112603
(2016
).18.
G.
Zheng
, N.
Samkharadze
, M. L.
Noordam
, N.
Kalhor
, D.
Brousse
, A.
Sammak
, G.
Scappucci
, and L. M. K.
Vandersypen
, Nat. Nanotechnol.
14
(8
), 742
–746
(2019
).19.
I.
Ahmed
, J. A.
Haigh
, S.
Schaal
, S.
Barraud
, Y.
Zhu
, C-M
Lee
, M.
Amado
, J. W. A.
Robinson
, A.
Rossi
, J. J. L.
Morton
, and M. F.
Gonzalez-Zalba
, Phys. Rev. Appl.
10
, 014018
(2018
).20.
A.
Rossi
, R.
Zhao
, A. S.
Dzurak
, and M. F.
Gonzalez-Zalba
, Appl. Phys. Lett.
110
, 212101
(2017
).21.
M.
Urdampilleta
, D. J.
Niegemann
, E.
Chanrion
, B.
Jadot
, C.
Spence
, P.-A.
Mortemousque
, C.
Bäuerle
, L.
Hutin
, B.
Bertrand
, S.
Barraud
, R.
Maurand
, M.
Sanquer
, X.
Jehl
, S. D.
Franceschi
, M.
Vinet
, and T.
Meunier
, Nat. Nanotechnol.
14
(8
), 737
–741
(2019
).22.
S.
Schaal
, S.
Barraud
, J. J. L.
Morton
, and M. F.
Gonzalez-Zalba
, Phys. Rev. Appl.
9
, 054016
(2018
).23.
J.
Hornibrook
, J.
Colless
, A.
Mahoney
, X.
Croot
, S.
Blanvillain
, H.
Lu
, A.
Gossard
, and D.
Reilly
, Appl. Phys. Lett.
104
, 103108
(2014
).24.
M. F.
Gonzalez-Zalba
, S.
Barraud
, A. J.
Ferguson
, and A. C.
Betz
, Nat. Commun.
6
, 6084
(2015
).25.
A. C.
Betz
, R.
Wacquez
, M.
Vinet
, X.
Jehl
, A. L.
Saraiva
, M.
Sanquer
, A. J.
Ferguson
, and M. F.
Gonzalez-Zalba
, Nano Lett.
15
, 4622
(2015
).26.
A.
Crippa
, R.
Maurand
, D.
Kotekar-Patil
, A.
Corna
, H.
Bohuslavskyi
, A. O.
Orlov
, P.
Fay
, R.
Laviéville
, S.
Barraud
, M.
Vinet
, M.
Sanquer
, S.
De Franceschi
, and X.
Jehl
, Nano Lett.
17
, 1001
(2017
).27.
M. F.
Gonzalez-Zalba
, S. N.
Shevchenko
, S.
Barraud
, J. R.
Johansson
, A. J.
Ferguson
, F.
Nori
, and A. C.
Betz
, Nano Lett.
16
, 1614
(2016
).28.
R.
Mizuta
, R. M.
Otxoa
, A. C.
Betz
, and M. F.
Gonzalez-Zalba
, Phys. Rev. B
95
, 045414
(2017
).29.
K. D.
Petersson
, C. G.
Smith
, D.
Anderson
, P.
Atkinson
, G. A. C.
Jones
, and D. A.
Ritchie
, Nano Lett.
10
, 2789
(2010
).30.
A. P.
Higginbotham
, T. W.
Larsen
, J.
Yao
, H.
Yan
, C. M.
Lieber
, C. M.
Marcus
, and F.
Kuemmeth
, Nano Lett.
14
, 3582
(2014
).31.
D.
de Jong
, J.
van Veen
, L.
Binci
, A.
Singh
, P.
Krogstrup
, L. P.
Kouwenhoven
, W.
Pfaff
, and J. D.
Watson
, Phys. Rev. Appl.
11
(4
), 044061
(2018
).32.
J.
van Veen
, D.
de Jong
, L.
Han
, C.
Prosko
, P.
Krogstrup
, J. D.
Watson
, L. P.
Kouwenhoven
, and W.
Pfaff
, preprint arXiv:1903.09066 (2019
).33.
M.
Jarratt
, A.
Jouan
, A.
Mahoney
, S.
Waddy
, G.
Gardner
, S.
Fallahi
, M.
Manfra
, and D.
Reilly
, preprint arXiv:1903.07793 (2019
).34.
J. R.
Petta
, A. C.
Johnson
, C. M.
Marcus
, M. P.
Hanson
, and A. C.
Gossard
, Phys. Rev. Lett.
93
, 186802
(2004
).35.
D. M.
van Zanten
, D.
Sabonis
, J.
Suter
, J. I.
Väyrynen
, T.
Karzig
, D. I.
Pikulin
, E. C.
O'Farrell
, D.
Razmadze
, K. D.
Petersson
, P.
Krogstrup
, and C. M.
Marcus
, preprint arXiv:1902.00797 (2019
).36.
P.
Krogstrup
, N. L. B.
Ziino
, W.
Chang
, S. M.
Albrecht
, M. H.
Madsen
, E.
Johnson
, J.
Nygård
, C. M.
Marcus
, and T. S.
Jespersen
, Nat. Mater.
14
, 400
(2015
).37.
H.
Brenning
, S.
Kafanov
, T.
Duty
, S.
Kubatkin
, and P.
Delsing
, J. Appl. Phys.
100
, 114321
(2006
).38.
S. M.
Albrecht
, A. P.
Higginbotham
, M.
Madsen
, F.
Kuemmeth
, T. S.
Jespersen
, J.
Nygård
, P.
Krogstrup
, and C. M.
Marcus
, Nature
531
, 206
(2016
).39.
M. T.
Deng
, S.
Vaitieknas
, E. B.
Hansen
, J.
Danon
, M.
Leijnse
, K.
Flensberg
, J.
Nygård
, P.
Krogstrup
, and C. M.
Marcus
, Science
354
, 1557
(2016
).40.
W. G.
van der Wiel
, S.
De Franceschi
, J. M.
Elzerman
, T.
Fujisawa
, S.
Tarucha
, and L. P.
Kouwenhoven
, Rev. Mod. Phys.
75
, 1
(2002
).41.
N. J.
Lambert
, A. A.
Esmail
, F. A.
Pollock
, M.
Edwards
, B. W.
Lovett
, and A. J.
Ferguson
, Phys. Rev. B
95
, 235413
(2017
).42.
M.
Jung
, M. D.
Schrer
, K. D.
Petersson
, and J. R.
Petta
, Appl. Phys. Lett.
100
, 253508
(2012
).43.
L. P.
Kouwenhoven
, S.
Jauhar
, K.
McCormick
, D.
Dixon
, P. L.
McEuen
, Y. V.
Nazarov
, N. C.
van der Vaart
, and C. T.
Foxon
, Phys. Rev. B
50
, 2019
(1994
).44.
S.
Angus
, A.
Ferguson
, A.
Dzurak
, and R.
Clark
, Appl. Phys. Lett.
92
, 112103
(2008
).© 2019 Author(s).
2019
Author(s)
You do not currently have access to this content.
