Wechselspiel von Vielteilchen-Transport und Ladungseffekten in supraleitenden Einzelelektronentransistoren

Abstract

Diese Arbeit widmet sich der Untersuchung von Einzelelektronentransistoren (SETs) mit spezieller Bauweise. SETs bestehen aus einer metallischen Insel, die durch zwei Tunnelkontakte mit den Zuleitungen schwach gekoppelt ist, und einer kapazitiv gekoppelten Gate-Elektrode. Die Ladungseffekte der Insel sorgen für eine unterdrückte Leitfähigkeit des SETs bei kleinen Transportspannungen, was als Coulomb-Blockade bekannt ist. Um wohldefinierte Ladungszustände der Insel zu beobachten, muss die Kopplung von dieser an ihre Zuleitungen schwach sein. Die Transportphänomene können dann mit der orthodoxen Theorie beschrieben werden.In den hier untersuchten SETs aus Aluminium wurde einer der beiden Tunnelkontakte durch einen mechanisch kontrollierten Bruchkontakt ersetzt. Mit dem Bruchkontakt können in situ unterschiedliche Kopplungen realisiert werden. Damit kann das Verhalten der Coulomb-Blockade in unterschiedlichen Kopplungsbereichen untersucht werden. Durch die Verwendung von Aluminium kann der Transport durch den SET auch im supraleitenden Zustand beobachtet werden. Hierbei konkurriert die Coulomb-Blockade mit dem supraleitenden Zustand, wodurch neue Transportzyklen entstehen.Bildet der Bruchkontakt einen mesoskopischen Kontakt, wird der Transport im supraleitenden Zustand für kleine Transportspannungen durch die multiple Andreev-Reflexion getragen. Diese transportiert jeweils mehrere Ladungen. In dieser Arbeit kann zum ersten Mal über einen Beitrag der multiplen Andreev-Reflexionen an den Transportphänomenen im supraleitenden SET berichtet werden.Für die Beschreibung der Transportphänomene wird eine Erweiterung der orthodoxen Theorie um die Transporte der multiplen Andreev Reflexion genutzt. Während sich bei schwachen Kopplungen alle Transportphänomene mit der erweiterten orthodoxen Theorie beschreiben lassen, tauchen bei mittlerer Kopplung neue nicht beschreibbare Transportprozesse auf. Im Bereich starker Kopplung versagt die erweiterte orthodoxe Theorie. Zudem wird eine Renormalisierung der Ladungsenergie festgestellt, wenn die Kopplung der Insel durch den Bruchkontakt erhöht wird.