Superconductive electronics from Josephson junctions are governed by quantum mechanical tunneling through sub-10 nm scale insulating tunnel barriers. The electrical properties are exponentially sensitive to this dimension, which necessitates fabrication with nanoscale precision and uniformity. For circuits in high-transition temperature YBa 2Cu 3O 7 δ (YBCO) thin films, direct writing of the material with a focused helium ion beam has shown promise in the creation of uniform nanoscale insulators for YBCO Josephson junctions and other circuit regions. In this paper, we report on the procedures and variables associated with this process and discuss the potential for scaling up the number of junctions for quantum sensing and complex energy efficient digital circuits.

1.
J. A.
Liddle
and
G. M.
Gallatin
,
Nanoscale
3
,
2679
(
2011
).
2.
B. W.
Ward
,
J. A.
Notte
, and
N. P.
Economou
,
J. Vac. Sci. Technol. B
24
,
2871
(
2006
).
3.
G.
Hlawacek
,
V.
Veligura
,
R.
van Gastel
, and
B.
Poelsema
,
J. Vac. Sci. Technol. B
32
,
020801
(
2014
).
5.
J.
Kim
,
S.
Saremi
,
M.
Acharya
,
G.
Velarde
,
E.
Parsonnet
,
P.
Donahue
,
A.
Qualls
,
D.
Garcia
, and
L. W.
Martin
,
Science
369
,
81
(
2020
).
6.
H.
Kamerling Onnes
,
PLC
119b
,
1
(
1911
).
7.
J.
Bardeen
,
L. N.
Cooper
, and
J. R.
Schrieffer
,
Phys. Rev.
108
,
1175
(
1957
).
9.
J.
Clarke
and
A. I.
Braginski
,
The SQUID Handbook: Applications of SQUIDs and SQUID Systems
(
John Wiley & Sons
,
New York
,
2006
).
10.
A. A.
Houck
,
J.
Koch
,
M. H.
Devoret
,
S. M.
Girvin
, and
R. J.
Schoelkopf
,
Quantum Inf. Process.
8
,
105
(
2009
).
11.
B.
Jeanneret
and
S.
Benz
,
Eur. Phys. J.-Spec. Top.
172
,
181
(
2009
).
12.
J.
Hollkott
,
S.
Hu
,
C.
Becker
,
J.
Auge
,
B.
Spangenberg
, and
H.
Kurz
,
J. Vac. Sci. Technol. B
14
,
4100
(
1996
).
13.
A. S.
Katz
,
S. I.
Woods
, and
R. C.
Dynes
,
J. Appl. Phys.
87
,
2978
(
2000
).
14.
S. A.
Cybart
,
E.
Cho
,
T.
Wong
,
B. H.
Wehlin
,
M. K.
Ma
,
C.
Huynh
, and
R.
Dynes
,
Nat. Nanotechnol.
10
,
598
(
2015
).
15.
J.
Valles Jr
,
A.
White
,
K.
Short
,
R.
Dynes
,
J.
Garno
,
A.
Levi
,
M.
Anzlowar
, and
K.
Baldwin
,
Phys. Rev. B
39
,
11599
(
1989
).
16.
S. A.
Cybart
,
P.
Roediger
,
K.
Chen
,
J.
Parker
,
E. Y.
Cho
,
T. J.
Wong
, and
R. C.
Dynes
,
IEEE Trans. Appl. Supercond.
23
,
1100103
(
2012
).
17.
Y.-T.
Wang
,
E. Y.
Cho
,
H.
Li
, and
S. A.
Cybart
, in
ISEC, Riverside, CA
(IEEE, 2019), pp. 1–3.
18.
E. Y.
Cho
,
K.
Kouperine
,
Y.
Zhuo
,
R. C.
Dynes
, and
S. A.
Cybart
,
Supercond. Sci. Technol.
29
,
094004
(
2016
).
19.
B.
Müller
,
M.
Karrer
,
F.
Limberger
,
M.
Becker
,
B.
Schröppel
,
C.
Burkhardt
,
R.
Kleiner
,
E.
Goldobin
, and
D.
Koelle
,
Phys. Rev. Appl.
11
,
044082
(
2019
).
20.
Z.
Chen
et al.,
Chin. Phys. Lett.
39
,
077402
(
2022
).
21.
E. Y.
Cho
,
M. K.
Ma
,
C.
Huynh
,
K.
Pratt
,
D. N.
Paulson
,
V. N.
Glyantsev
,
R. C.
Dynes
, and
S. A.
Cybart
,
Appl. Phys. Lett.
106
,
252601
(
2015
).
22.
F.
Couëdo
,
P.
Amari
,
C.
Feuillet-Palma
,
C.
Ulysse
,
Y. K.
Srivastava
,
R.
Singh
,
N.
Bergeal
, and
J.
Lesueur
,
Sci. Rep.
10
,
10256
(
2020
).
23.
H.
Cai
,
H.
Li
,
E. Y.
Cho
,
J. C.
LeFebvre
, and
S. A.
Cybart
,
IEEE Trans. Appl. Supercond.
31
,
1
(
2021
).
24.
H.
Cai
,
J. C.
LeFebvre
,
H.
Li
,
E. Y.
Cho
,
N.
Yoshikawa
, and
S. A.
Cybart
,
Appl. Phys. Lett.
124
,
212601
(
2024
).
25.
H.
Li
,
H.
Cai
,
E. Y.
Cho
,
S. J.
McCoy
,
Y.-T.
Wang
,
J. C.
LeFebvre
,
Y. W.
Zhou
, and
S. A.
Cybart
,
Appl. Phys. Lett.
116
,
070601
(
2020
).
26.
Y.-T.
Wang
,
R.
Semerad
,
S. J.
McCoy
,
H.
Cai
,
J.
LeFebvre
,
H.
Grezdo
,
E. Y.
Cho
,
H.
Li
, and
S. A.
Cybart
,
IEEE Trans. Appl. Supercond.
29
,
1
(
2019
).
27.
E. M.
Jackson
,
B. D.
Weaver
,
G. P.
Summers
,
P.
Shapiro
, and
E. A.
Burke
,
Phys. Rev. Lett.
74
,
3033
(
1995
).
28.
J. C.
LeFebvre
,
E. Y.
Cho
, and
S. A.
Cybart
,
Appl. Phys. Lett.
123
,
112602
(
2023
).
29.
E. Y.
Cho
,
Y. W.
Zhou
,
J. Y.
Cho
, and
S. A.
Cybart
,
Appl. Phys. Lett.
113
,
022604
(
2018
).
30.
J.
Wang
,
H.
Li
,
E. Y.
Cho
,
J. C.
LeFebvre
,
K.
Pratt
, and
S. A.
Cybart
,
IEEE Trans. Appl. Supercond.
30
,
1
(
2020
).
31.
R. M.
Hill
,
Phys. Status Solidi
34
,
601
(
1976
).
32.
E. Y.
Cho
,
H.
Li
,
J. C.
LeFebvre
,
Y. W.
Zhou
,
R. C.
Dynes
, and
S. A.
Cybart
,
Appl. Phys. Lett.
113
,
162602
(
2018
).
33.
J. C.
LeFebvre
and
S. A.
Cybart
,
IEEE Trans. Appl. Supercond.
31
,
1
(
2021
).
34.
H.
Li
,
H.
Cai
,
N.
Sarkar
,
J. C.
LeFebvre
,
E. Y.
Cho
, and
S. A.
Cybart
,
Appl. Phys. Lett.
124
,
192603
(
2024
).
35.
U. S.
Goteti
,
H.
Cai
,
J. C.
LeFebvre
,
S. A.
Cybart
, and
R. C.
Dynes
,
Sci. Adv.
8
,
eabn4485
(
2022
).
36.
J. C.
LeFebvre
,
E.
Cho
,
H.
Li
,
H.
Cai
, and
S. A.
Cybart
,
J. Appl. Phys.
131
,
163902
(
2022
).
You do not currently have access to this content.