Static electric fields have a negligible influence on the electric and transport properties of a metal because of the screening effect. This belief was extended to conventional metallic superconductors. However, recent experiments have shown that the superconductor properties can be controlled and manipulated by the application of strong electrostatic fields. Here, the authors review the experimental results obtained in the realization of field-effect metallic superconducting devices exploiting this phenomenon. The authors start by presenting the pioneering results on superconducting Bardeen–Cooper–Schrieffer wires and nanoconstriction Josephson junctions (Dayem bridges) made of different materials, such as titanium, aluminum, and vanadium. Then, the authors show the mastering of the Josephson supercurrent in superconductor-normal metal-superconductor proximity transistors, suggesting that the presence of induced superconducting correlations is enough to see this unconventional field-effect. Later, the authors present the control of the interference pattern in a superconducting quantum interference device, indicating the coupling of the electric field with the superconducting phase. The authors conclude this review by discussing some devices that may represent a breakthrough in superconducting quantum and classical computation.

1.
F.
London
and
H.
London
,
Proc. R. Soc. London, A
149
,
71
(
1935
).
2.
H.
London
,
Proc. R. Soc. London, A
155
,
102
(
1936
).
3.
M.
von Laue
,
F.
London
, and
H.
London
,
Z. Phys.
96
,
359
(
1935
).
4.
F.
London
,
Superfluids
(
Wiley
,
New York
,
1950
), Vol.
I
.
5.
R.
Tao
,
X.
Xu
,
Y. C.
Lan
, and
Y.
Shiroyanagi
,
Physica C
377
,
357
(
2002
).
6.
R.
Moro
,
X.
Xu
,
S.
Yin
, and
W. A.
de Heer
,
Science
300
,
1265
(
2003
).
7.
A. I.
Larkin
and
A. B.
Midgal
,
Sov. Phys. JEPT
17
,
1146
(
1963
).
8.
N. D.
Lang
and
W.
Kohn
,
Phys. Rev. B
1
,
4555
(
1970
).
9.
G. A.
Ummarino
,
E.
Piatti
,
D.
Daghero
,
R. S.
Gonnelli
,
I. Y.
Sklyadneva
,
E. V.
Chulkov
, and
R.
Heid
,
Phys. Rev. B
96
,
064509
(
2017
).
10.
P.
Virtanen
,
A.
Braggio
, and
F.
Giazotto
,
Phys. Rev. B
100
,
224506
(
2019
).
11.
B. Y.
Shapiro
,
Phys. Lett. A
105
,
374
(
1984
).
12.
L.
Burlachkov
,
I. B.
Khalfin
, and
B. Y.
Shapiro
,
Phys. Rev. B
48
,
1156
(
1993
).
13.
W. D.
Lee
,
J. L.
Chen
,
T. J.
Yang
, and
B.-S.
Chiou
,
Physica C
261
,
167
(
1996
).
14.
P.
Lipavský
,
K.
Morawetz
,
J.
Koláček
, and
T. J.
Yang
,
Phys. Rev. B
73
,
052505
(
2006
).
15.
K.
Morawetz
,
P.
Lipavský
,
J.
Koláček
, and
E. H.
Brandt
,
Phys. Rev. B
78
,
054525
(
2008
).
16.
G.
Bonfiglioli
and
R.
Malvano
,
Phys. Rev.
101
,
1281
(
1956
).
17.
G.
Bonfiglioli
and
R.
Malvano
,
Phys. Rev.
115
,
330
(
1959
).
18.
A.
Berman
and
H. J.
Juretschke
,
Phys. Rev. B
11
,
2903
(
1975
).
19.
R.
Glover
and
M.
Sherrill
,
Phys. Rev. Lett.
5
,
248
(
1960
).
20.
G.
Bonfiglioli
,
R.
Malvano
, and
B. B.
Goodman
,
J. Appl. Phys.
33
,
2564
(
1962
).
21.
J.
Locklin
,
K.
Shinbo
,
K.
Onishi
,
F.
Kaneko
,
Z.
Bao
, and
R. C.
Advincula
,
Chem. Mater.
15
,
1404
(
2003
).
22.
M. J.
Panzer
,
C. R.
Newman
, and
C. D.
Frisbie
,
Appl. Phys. Lett.
86
,
103503
(
2005
).
23.
B. J.
Kirby
,
Micro- and Nanoscale Fluid Mechanics
(
Cambridge University
,
Cambridge
,
2013
).
24.
A. S.
Dhoot
,
J. D.
Yuen
,
M.
Heeney
,
I.
McCulloch
,
D.
Moses
, and
A. J.
Heeger
,
Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A.
103
,
11834
(
2006
).
25.
R.
Misra
,
M.
McCarthy
, and
A. F.
Hebard
,
Appl. Phys. Lett.
90
,
052905
(
2007
).
26.
H.
Shimotani
,
H.
Asanuma
,
A.
Tsukazaki
,
A.
Ohtomo
,
M.
Kawasaki
, and
Y.
Iwasa
,
Appl. Phys. Lett.
91
,
082106
(
2007
).
27.
D. K.
Efetov
and
P.
Kim
,
Phys. Rev. Lett.
105
,
256805
(
2010
).
28.
R. S.
Gonnelli
 et al,
Sci. Rep.
5
,
09554
(
2015
).
29.
A. S.
Dhoot
,
S. C.
Wimbush
,
T.
Benseman
,
J. L.
MacManus-Driscoll
,
J. R.
Cooper
, and
R. H.
Friend
,
Adv. Mater.
22
,
2529
(
2010
).
30.
J. T.
Ye
,
S.
Inoue
,
K.
Kobayashi
,
Y.
Kasahara
,
H. T.
Yuan
,
H.
Shimotani
, and
Y.
Iwasa
,
Nat. Mater.
9
,
125
(
2009
).
31.
32.
V.
Fatemi
,
S.
Wu
,
Y.
Cao
,
L.
Brethean
,
Q. D.
Gibson
,
K.
Watanabe
,
T.
Taniguchi
,
R. J.
Cava
, and
P.
Jarrillo-Herrero
,
Science
362
,
926
(
2018
).
33.
K.
Ueno
,
S.
Nakamura
,
H.
Shimotani
,
A.
Ohtomo
,
N.
Kimura
,
T.
Nojima
,
H.
Aoki
,
Y.
Iwasa
, and
M.
Kawasaki
,
Nat. Mater.
7
,
855
(
2008
).
34.
D.
Daghero
,
F.
Paolucci
,
A.
Sola
,
M.
Tortello
,
G. A.
Ummarino
,
M.
Agosto
,
R. S.
Gonnelli
,
J. R.
Nair
, and
C.
Gerbaldi
,
Phys. Rev. Lett.
108
,
066807
(
2012
).
35.
M.
Tortello
,
A.
Sola
,
K.
Sharda
,
F.
Paolucci
,
J. R.
Nair
,
C.
Gerbaldi
,
D.
Daghero
, and
R. S.
Gonnelli
,
Appl. Surf. Sci.
269
,
17
(
2013
).
36.
D.
Choi
,
R.
Pradheesh
,
H.
Kim
,
H.
Im
,
Y.
Chong
, and
D.-H.
Chae
,
Appl. Phys. Lett.
105
,
012601
(
2014
).
37.
E.
Piatti
 et al,
Phys. Rev. B
95
,
140501
(
2017
).
38.
A. T.
Fiory
,
A. F.
Hebard
,
R. H.
Eick
,
P. M.
Mankiewich
,
R. E.
Howard
, and
M. L.
OMalle
,
Phys. Rev. Lett.
65
,
3441
(
1990
).
39.
M.
Okamoto
,
IEEE Trans. Electron Devices
39
,
1661
(
1992
).
40.
J.
Mannhart
,
J. G.
Bednorz
,
K. A.
M'üller
,
D. G.
Schlom
, and
J.
Ströbel
,
Appl. Phys. Lett.
62
,
630
(
1993
).
41.
J.
Mannhart
,
J.
Ströbel
,
J. G.
Bednorz
, and
Ch.
Gerber
,
J. Alloys Compd.
195
,
519
(
1993
).
42.
T.
Nishino
,
M.
Hatano
,
H.
Hasegawa
,
F.
Murai
,
T.
Kure
,
A.
Hiraiwa
,
K.
Yagi
, and
U.
Kawabe
,
IEEE Electron Device Lett.
10
,
61
(
1989
).
43.
J.
Bardeen
,
L. N.
Cooper
, and
J. R.
Schrieffer
,
Phys. Rev.
106
,
162
(
1957
).
44.
G.
De Simoni
,
F.
Paolucci
,
P.
Solinas
,
E.
Strambini
, and
F.
Giazotto
,
Nat. Nanotechnol.
13
,
802
(
2018
).
45.
46.
F.
Paolucci
,
G.
De Simoni
,
P.
Solinas
,
E.
Strambini
, and
F.
Giazotto
,
Nano Lett.
18
,
4195
(
2018
).
47.
F.
Paolucci
,
G.
De Simoni
,
P.
Solinas
,
E.
Strambini
,
N.
Ligato
,
P.
Virtanen
,
A.
Braggio
, and
F.
Giazotto
,
Phys. Rev. Appl.
11
,
024061
(
2019
).
48.
G.
De Simoni
,
F.
Paolucci
,
C.
Puglia
, and
F.
Giazotto
,
ACS Nano
13
,
7871
(
2019
).
49.
F.
Paolucci
,
F.
Vischi
,
G.
De Simoni
,
C.
Guarcello
,
P.
Solinas
, and
F.
Giazotto
,
Nano Lett.
19
,
6263
(
2019
).
50.
H.
Courtois
,
M.
Meschke
,
J. T.
Peltonen
, and
J. P.
Pekola
,
Phys. Rev. Lett.
101
,
067002
(
2008
).
51.
H.
Ibach
and
H.
Lüth
,
Solid-State Physics
(
Springer
,
Berlin
,
1995
).
52.
V. L.
Ginzburg
and
L. D.
Landau
,
Zh. Eksp. Teor. Fiz.
20
,
35
(
1950
).
53.
P. G.
De Gennes
,
Superconductivity of Metals and Alloys
(
Westview
,
Boulder
,
1999
).
54.
M.
Tinkham
,
Introduction to Superconductivity
(
Courier Dover
,
New York
,
2012
).
55.
A. F.
Morpurgo
,
T. M.
Klopwijk
, and
B. J.
van Wees
,
Appl. Phys. Lett.
72
,
966
(
1998
).
56.
R.
Holm
and
W.
Meissner
,
Z. Phys.
74
,
715
(
1932
).
57.
J. P.
Carbotte
,
Rev. Mod. Phys.
62
,
1027
(
1990
).
58.
H.
Takayanagi
and
T.
Kawakami
,
Phys. Rev. Lett.
54
,
2449
(
1985
).
59.
T.
Akazaki
,
H.
Takayanagi
, and
J.
Nitta
,
Appl. Phys. Lett.
68
,
418
(
1996
).
60.
Y.-J.
Doh
,
J. A.
van Dam
,
A. L.
Roest
,
E. P. A. M.
Bakkers
,
L. P.
Kouwenhoven
, and
S.
De Franceschi
,
Science
309
,
272
(
2005
).
61.
J.
Xiang
,
A.
Vidan
,
M.
Tinkham
,
R. M.
Westervelt
, and
C. M.
Lieber
,
Nat. Nanotechnol.
1
,
208
(
2006
).
62.
J. A.
Mydosh
and
H.
Meissner
,
Phys. Rev.
140
,
A1568
(
1965
).
63.
R. C.
Harwin
,
D. J.
Goldie
, and
S.
Withington
,
Supercond. Sci. Technol.
30
,
084001
(
2017
).
64.
A. A.
Golubov
,
M. Y.
Kupriyanov
, and
E.
Il'ichev
,
Rev. Mod. Phys.
76
,
412
(
2004
).
65.
I. O.
Kulik
and
A. N.
Omelyanchuk
,
Sov. J. Low Temp. Phys.
3
,
945
(
1977
).
66.
V.
Ambegaokar
and
A.
Baratoff
,
Phys. Rev. Lett.
10
,
486
(
1963
).
67.
T. W.
Larsen
,
K. D.
Petersson
,
F.
Kuemmeth
,
T. S.
Jespersen
,
P.
Krogstrup
,
J.
Nygård
, and
C. M.
Marcus
,
Phys. Rev. Lett.
115
,
127001
(
2015
).
68.
G.
de Lange
,
B.
van Heck
,
A.
Bruno
,
D. J.
van Woerkom
,
A.
Geresdi
,
S. R.
Plissard
,
E. P. A. M.
Bakkers
,
A. R.
Akhmerov
, and
L.
DiCarlo
,
Phys. Rev. Lett.
115
,
127002
(
2015
).
69.
B. T.
Matthias
,
T. H.
Geballe
, and
V. B.
Compton
,
Rev. Mod. Phys.
35
,
1
(
1963
).
70.
F.
Giazotto
,
T. T.
Heikkilä
,
A.
Luukanen
,
A. M.
Savin
, and
J. P.
Pekola
,
Rev. Mod. Phys.
78
,
217
(
2006
).
71.
A. M.
Savin
,
J. P.
Pekola
,
J. T.
Flyktman
,
A.
Anthore
, and
F.
Giazotto
,
Appl. Phys. Lett.
84
,
4179
(
2004
).
72.
S.
Roddaro
,
A.
Pescaglini
,
D.
Ercolani
,
L.
Sorba
,
F.
Giazotto
, and
F.
Beltram
,
Nano Res.
4
,
259
(
2011
).
73.
T. A.
Fulton
,
L. N.
Dunkleberger
, and
R. C.
Dynes
,
Phys. Rev. B
6
,
855
(
1972
).
74.
W.-T.
Tsang
and
T.
Van Duzer
,
J. Appl. Phys.
46
,
4573
(
1975
).
75.
A. J.
Annunziata
,
D. F.
Santavicca
,
L.
Frunzio
,
G.
Catelani
, and
M. J.
Rooks
,
Nanotechnology
21
,
445202
(
2010
).
76.
A.
Barone
and
G.
Paternó
,
Physics and Applications of the Josephson Effect
(
Wiley
,
New York
,
1982
).
77.
J.
Clarke
and
A. I.
Bragisnki
,
The SQUID Handbook
(
Wiley
,
Weinheim
,
2004
).
78.
J. E.
Mooij
,
T. P.
Orlando
,
L.
Levitov
,
L.
Tian
,
C. H.
van der Wal
, and
S.
Lloyd
,
Science
285
,
1036
(
1999
).
79.
F.
Yan
 et al,
Nat. Commun.
7
,
12964
(
2016
).
80.
J. M.
Martinis
,
S.
Nam
,
J.
Aumentado
, and
C.
Urbina
,
Phys. Rev. Lett.
89
,
117901
(
2002
).
81.
J.
Koch
 et al,
Phys. Rev. A
76
,
042319
(
2007
).
82.
J. A.
Schreier
 et al,
Phys. Rev. B
77
,
180502R
(
2008
).
83.
R.
Barends
 et al,
Phys. Rev. Lett.
111
,
080502
(
2013
).
84.
E.
Terzioglu
and
M. R.
Beasley
,
IEEE Trans. Appl. Supercond.
8
,
48
(
1998
).
85.
K. K.
Likharev
,
IEEE Trans. Appl. Supercond.
1
,
3
(
1995
).
86.
A. H.
Worsham
,
J. X.
Przybysz
,
J.
Kang
, and
D. L.
Miller
,
IEEE Trans. Appl. Supercond.
5
,
2996
(
1998
).
87.
F.
Giazotto
,
J. T.
Peltonen
,
M.
Meschke
, and
J. P.
Pekola
,
Nat. Phys.
6
,
254
(
2010
).
88.
E.
Strambini
,
S.
D'Ambrosio
,
F.
Vischi
,
F. S.
Bergeret
,
Yu. V.
Nazarov
, and
F.
Giazotto
,
Nat. Nanotechnol.
11
,
1055
1059
(
2016
).
89.
F.
Giazotto
and
M. J.
Martinez-Pérez
,
Nature
492
,
401
(
2012
).
90.
M. J.
Martinez-Pérez
,
P.
Solinas
, and
F.
Giazotto
,
Nat. Commun.
5
,
3579
(
2014
).
91.
M. J.
Martinez-Pérez
,
P.
Solinas
, and
F.
Giazotto
,
J. Low Temp. Phys.
175
,
813
(
2014
).
92.
A.
Fornieri
,
C.
Blanc
,
R.
Bosisio
,
S.
D'Ambrosio
, and
F.
Giazotto
,
Nat. Nanotechnol.
11
,
258
(
2015
).
93.
A.
Fornieri
and
F.
Giazotto
,
Nat. Nanotechnol.
12
,
944
(
2017
).
94.
G. N.
Gol'tsman
,
O.
Okunev
,
G.
Chulkova
,
A.
Semenov
,
K.
Smirnov
,
B.
Voronov
,
A.
Dzardanov
, and
A.
Lipatov
,
Appl. Phys. Lett.
79
,
705
(
2001
).
95.
P. A.
Walker
,
Radio Electron. Eng.
25
,
387
(
1963
).
96.
A. N.
McCaughan
and
K. K.
Berggren
,
Nano Lett.
14
,
5784
(
2014
).
97.
Q.-Y.
Zhao
,
A. N.
McCaughan
,
A. E.
Dane
,
K. K.
Berggren
, and
T.
Ortlepp
,
Supercond. Sci. Technol.
30
,
044002
(
2017
).
98.
G.
Wendin
,
Rep. Prog. Phys.
80
,
106001
(
2017
).
100.
T. D.
Clark
,
R. J.
Prance
, and
A. D. C.
Grassie
,
J. Appl. Phys.
51
,
2739
(
1980
).
101.
M. T.
Mercaldo
,
P.
Solinas
,
F.
Giazotto
, and
M.
Cuoco
, preprint arXiv:1907.09227 (
2019
).
You do not currently have access to this content.