双层石墨烯约瑟夫逊结器件示意图，带有隧道电极。由浦项科技大学制作。

研究人员通过门电压成功控制了双层石墨烯约瑟夫逊结中安德烈耶夫束缚态的量子力学特性。他们的研究发表在《物理评论快报》上。研究团队包括韩国浦项科技大学物理系的李吉浩教授和曹吉永教授，以及日本国立材料研究所的渡边健司博士和谷口隆士博士。

超导体是在特定条件下（如极低温度或高压）表现出零电阻的材料。当一个非常薄的普通导体被放置在两个超导体之间时，由于邻近效应（即超导性延伸到普通导体中），超电流会通过普通导体流动。这种器件被称为约瑟夫逊结。

在普通导体中，会形成称为安德烈耶夫束缚态的新量子态，这对于介导超电流的流动至关重要。

安德烈耶夫束缚态的能级数量（决定约瑟夫逊结的电学特性）取决于传导通道长度（普通导体的长度）与超导相干长度（超导状态可以在普通导体中维持的长度）的比值。

当传导通道很短，安德烈耶夫束缚态能级数量被限制为一对时，系统被称为处于短约瑟夫逊结极限。相反，如果存在两对以上，则被称为长约瑟夫逊结极限。

在这项研究中，研究团队利用门电压实时控制了双层石墨烯的二次能量色散以及超导相干长度。利用他们之前开发的隧道光谱技术，他们观察了不同门电压下安德烈耶夫束缚态的变化，并确认实验结果与理论预测相符。

浦项科技大学量子信息设备研究与教育中心的主要作者和研究员Geon-Hyoung Park表示：“我们已经在长约瑟夫森结极限中观察到安德烈耶夫束缚态，这种现象主要出现在短约瑟夫森结极限中。我们预计，仅通过施加栅极电压即可轻松调整能级的数量，从而在量子计算和高精度量子传感器等不同领域提供潜在的应用。

更多信息：Geon-Hyoung Park 等人，双层石墨烯约瑟夫森结从短结到长结极限的可控安德烈耶夫束缚态，物理评论快报 （2024）。DOI： 10.1103/PhysRevLett.132.226301.在arXiv上： DOI： 10.48550/arxiv.2312.02640

期刊信息： Physical Review Letters ， arXiv