Self-shunted Al/AlOx/Al Josephson junctions
采用阴影蒸发技术制备了具有高透明势垒的自分流铝约瑟夫森结，并在低温下进行了测量，T=25 mK。由于高的结透明度，IV特性被发现是只有很小的滞后与再俘获开关电流比高达80%。观察到的临界电流接近Ambegaokar-Baratoff值（高达80-100%）。良好的势垒质量被证实的准粒子分支，这使得自分流铝结集成RSFQ-qubit电路的应用前景较低的子隙漏电流。
2006-05-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Electrical stress effect on Josephson tunneling through ultrathin AlOx barrier in Nb/Al/AlOx/Nb junctions
本文研究了直流电应力和击穿对Nb/Al/AlOx/Nb超导数字电子学中具有AlOx势垒的结中约瑟夫森和准粒子隧穿的影响。在室温下对隧道势垒连续施加应力后，测量了室温下的结电导和4.2K下的电流-电压（I-V）特性。使用具有从0到~1000 Ic范围内的增加幅度的电流斜坡施加电应力，所述电流斜坡对应于跨越势垒的高达0.65 V的电压，其中Ic是约瑟夫森临界电流。一个非常软的击穿已被观察到与极性相关的击穿电流（电压）。亚间隙电导的交界处，次谐波电流阶跃的外观，并逐渐增加的临界和过剩电流，以及正常状态下的电阻下降的显着增加已被观察到。观察到的超导隧穿的变化表明，在隧道势垒中的电场引起的缺陷和相关的附加导电通道（超导量子点接触（SQPC））的数量逐渐增加的模型。通过比较这些传导通道的I-V特性与基于Averin和Bardas的多次Andreev反射的SQPC中电流输运的非稳态理论，估计诱导SQPC的典型透明度D为D ~ 0.7。发现诱导SQPC的数量随着跨势垒电压的增加而增加，为sinh（V/V_0），V_0 = 0.045 V，与离子电迁移缺陷形成的模型吻合得很好。所观察到的击穿电流（电压）的极性依赖性也与模型一致。
2008-06-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Properties of ferromagnetic Josephson junctions for memory applications
在这项工作中，我们给出了一个表征的RF效应的记忆开关的Nb-Al/AlOx-（Nb）-Pd $_{0.99}$ Fe $_{0.01}$ -Nb约瑟夫森结作为磁场脉冲幅度和持续时间的函数，以及这样的结的电动力学特性，与标准的Nb-Al/AlOx-Nb隧道结相比。利用微波来调节磁约瑟夫森结的开关参数是发展旨在改善超导存储器性能的新型寻址方案的一个步骤。
2018-05-17 cond-mat.supr-con
Fabrication of Nb/Al(AlOx)/Nb DC SQUID by focused ion beam sculpturing
采用聚焦离子束三维刻蚀技术制备了高重复性的Nb/Al（AlOx）/Nb约瑟夫森结基直流超导量子干涉器件（DC SQUID）。通过改变Al阻挡层和氧暴露时间，制备了临界电流为25 ~ 1100微安的滞后和非滞后DC SQUID。所制备的直流SQUID具有周期性的磁通依赖性，在4.2K时调制因子高达92%。
2011-07-04 cond-mat.supr-con
Single-charge devices with ultrasmall Nb/AlOx/Nb trilayer Josephson junctions
采用标准的Nb/AlOx/Nb三层膜制备了约瑟夫森结晶体管和线性结尺寸从200 nm到70 nm的50结阵列。制造工艺包括电子束光刻、干法蚀刻、阳极氧化和通过化学机械抛光的平面化。样品在低至25 mK的温度下进行表征。在一般情况下，所有的结都是高品质的，它们的I-U特性显示出低的漏电流和高的超导能隙值为1.35 meV。晶体管和阵列的特性在子带隙区域中表现出一些特征，这些特征与由于结之间的偏置电压的重新分配而导致的库珀对、准粒子及其组合的隧穿有关。晶体管样品的总岛电容范围为1.5 fF至4 fF，这取决于结的尺寸。由线性尺寸小于100 nm × 100 nm的结制成的器件在超导和正常状态下都表现出显著的单电子行为。我们还研究了晶体管和阵列样本的结电容的面积依赖性。
2004-10-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Fabrication Process and Properties of Fully-Planarized Deep-Submicron Nb/Al-AlOx/Nb Josephson Junctions for VLSI Circuits
在200 mm厚的CMOS晶圆上开发了一种尺寸小至200 nm的Nb/Al-AlOx/Nb约瑟夫森结（JJ）的制造工艺。该工艺是麻省理工学院林肯实验室开发的具有4、8和10个铌层的超导体集成电路的全平面化制造工艺路线图的几个节点的核心。该工艺利用248 nm光刻、阳极氧化、高密度等离子体蚀刻和化学机械抛光（CMP）来平坦化SiO $_2$层间电介质。JJ电性能和统计数据，如临界电流的片上和晶片扩散、$I_c$、正常状态电导、$G_N$和批次间再现性，已在200 mm晶片上在200 nm至1500 nm的JJ直径和10 kA/ $cm^2$至50 kA/$cm^2$的临界电流密度$J_c$的宽范围内测量，其中JJ变为自分流。讨论了衍射极限光刻技术。给出了在相干和部分相干照明条件下，JJ掩模尺寸、JJ尺寸与最小可印刷尺寸之间的关系。已发现获得的$G_N$和$I_c$扩展主要是由JJ区域的变化引起的，并且与模型一致，该模型解释了JJ的衍射限制的最小可打印尺寸附近的掩模误差的增强。对于尺寸从1500 nm到500 nm的JJ，获得了从0.8%到3%的$I_c$和$G_N$分布。对于200 nm JJ，价差增加到约8%。讨论了电路密度> $10^6$ JJ/ $cm^2$和用于JJ定义的193纳米光刻的前景。
2014-12-19 cond-mat.supr-con
Properties of Unshunted and Resistively Shunted Nb/AlOx-Al/Nb Josephson Junctions With Critical Current Densities from 0.1 mA/μm^2 to 1 mA/μm^2
研究了具有高临界电流密度Jc的无分流和外分流约瑟夫森结（JJs）的电流-电压特性，以提取其基本参数和统计特性，为超导集成电路中的JJ建模提供依据，并评估其在未来技术节点中的潜力。采用全平坦化工艺，分别采用薄层电阻Rsq = 2 Ω/sq和Rsq = 6 Ω/sq的Mo和MoNx薄膜分流电阻，制备了直径为0.5 ~ 6 μm的Nb/AlOx-Al/Nb结。我们使用我们的标准MIT LL工艺SFQ 5ee制造Jc = 0.1 mA/μm^2的JJ，使用我们的新工艺SFQ 5 hs制造Jc = 0.2 mA/μm^2的JJ，电流密度高达约1 mA/μm^2。使用LRC谐振特性的I-V特性的分流JJ，我们提取的电感与钼分流电阻为1.4 pH/sq。该电感的主要部分，约1.1 pH/sq，是40纳米钼电阻膜的电感，而超导Nb布线的几何电感贡献的休息。我们将这种大电感归因于在角频率为ω的电磁场中薄的正常金属膜的复电导率产生的动力学电感，σ（ω）=σ0/（1+iωτ），其中σ0是静态电导率，τ是电子散射时间。利用一个大面积非分流高Jc结中的共振，由一个小面积分流的耦合JJ激发，我们提取了高Jc结在0.1 ~ 1 mA/μm^2 Jc范围内的约瑟夫森等离子体频率和比电容。我们还提供了关于JC目标和JJ临界当前点差的数据。本文讨论了在超大规模集成电路单通量量子线路中使用0.2 mA/μm^2结和在高…
2017-02-08 cond-mat.supr-con
Nearly quantum limited nanoSQUIDs based on cross-type Nb/AlOx/Nb junctions
我们报告的发展，近量子限制的SQUID与微型拾音环尺寸。实施的高质量和低电容交叉型Nb/AlOx/Nb约瑟夫森结提供大的$I_CR_N$ -产物，因此实现了SQUID的异常低噪声水平。环尺寸为1 μm的器件表现出低至$45 nΦ_0/Hz^{1/2}$的白通量噪声水平，对应于4.2 K下约1 h的能量分辨率ε，h为普朗克常数。此外，器件的约300 μV的大可用电压摆幅允许高灵敏度和简单的单级操作，同时几乎探索SQUID的固有噪声，例如对于SQUID显微镜中的传感器阵列是有益的。
2017-05-17 cond-mat.supr-con
Fabrication and properties of MgB2/AlOx/MgB2 tunnel junctions
利用分子束外延生长的MgB_2薄膜制备了三明治型MgB_2约瑟夫森隧道结（MgB_2/AlOx/MgB_2）。该结具有明显的超导电流和明确的超导能隙（D=2.2~2.3mV）。超导能隙电压（D）与多能隙情况下较小能隙的电压（D）一致。IcRN乘积在4.2K时为0.4- 1.3mV，但在50 mK时接近2.0mV。Ic具有特殊的温度依赖性，远离Ambegaokar-Baratoff公式。它随温度迅速下降，并消失以上T = 20 K，这是远远低于间隙关闭温度。AlOx和MgB 2之间的界面微结构进行了研究，使用横截面透射电子显微镜，以澄清我们的隧道结中的问题。在AlOx阻挡层和上MgB 2层之间存在几纳米的差结晶MgB 2层和/或非晶Mg-B复合层。MgB 2/AlOx/MgB 2结的非理想性主要是由于上层Mg-B层的结晶性较差，表现为正常金属或劣化的超导层。
2006-01-31 cond-mat.supr-con
Characterization of Asymmetric Gap-Engineered Josephson Junctions and 3D Transmon Qubits
本研究制备并表征了非对称能隙工程约瑟夫森结及3D transmon量子比特，通过Ti近邻化Al电极构建非对称能隙，探究了层间无序对近邻效应、亚能隙电流及量子比特弛豫时间的调控作用。
2023-02-23 cond-mat.supr-con quant-ph
Diffusion stop-layers for superconducting integrated circuits and qubits with Nb-based Josephson junctions
本文介绍了超导集成电路的新技术.它采用扩散阻挡层（DSL）来保护约瑟夫森结（JJ）免受杂质的层间迁移，改善JJ临界电流（Ic）目标和再现性，消除老化，并消除集成电路中Nb/Al/AlOx/Nb结的Ic和隧穿特性中的图案依赖效应。最近在集成到多层数字电路中的Nb基JJ中发现了后一种效应。例如，在一个示例中，发现Josephson临界电流密度（Jc）可能取决于JJ的环境、与结的铌基（BE）和对电极（CE）接触的金属层的类型和尺寸，并且还随时间变化。电路内的这种Jc变化降低了电路性能和成品率，并且限制了集成规模。这种可变性的JJ被解释为在晶片加工过程中，这改变了AlOx隧道势垒的高度和结构特性的Nb层的氢污染所造成的。氢杂质通过沿Nb线扩散并通过层间接触而在JJ电极和其他电路层之间重新分布，导致Jc的长期漂移。至少需要两个DSL来完全保护JJ免受杂质扩散效应的影响-在结BE的正下方和结CE的正上方。我们已经发现的最简单和技术上最方便的DSL是薄的Al层（从3 nm到10 nm）。它们原位沉积在BE层下，从而形成Al/Nb/Al/AlOx/Nb五层，并且在第一布线层下沉积到结CE，从而形成Al/Nb布线双层。一个显着的改善Jc均匀性150毫米晶圆上也已获得随着大的改善Jc的目标和运行到运行的再现性。
2010-10-26 cond-mat.supr-con
Suppression of the superconducting energy gap in intrinsic Josephson junctions of $\mathbf{Bi_2Sr_2CaCu_2O_{8+δ}}$ single crystals
在本征约瑟夫森结的电流-电压曲线中，我们观察到高偏置电流下的回弯结构。这些结构可能是由非平衡准粒子注入和/或焦耳加热。能隙抑制随温度显著变化。当相同水平的电流通过不同尺寸的顶部电极时，观察到不同水平的抑制。另一个被看到和讨论的效应是具有高偏置电流的单个本征约瑟夫森结的超电流“折返”。
2004-06-25 cond-mat.supr-con
Dynamics of semifluxons in Nb long Josephson 0-pi junctions
我们提出，实施和实验测试使用传统的Nb-AlOx-Nb技术制造的长约瑟夫森0-π结。我们表明，使用一对电流注入器，可以创建一个任意的约瑟夫森相位的不连续性，特别是π-不连续性，就像在d-波/s-波或d-波/d-波结，并研究分数约瑟夫森涡自发出现。此外，使用这样的结，我们可以研究分数涡的\emph{dynamics}-由于其固有的高阻尼，自然0 π结还不能使用的域。我们观察到半整数零场台阶出现的电流-电压特性，由于跳跃的半流子。
2003-11-26 cond-mat.supr-con
Quantum Phase Dynamics in an LC shunted Josephson Junction
本文从理论和实验两方面研究了LC串联电路与约瑟夫森结并联对约瑟夫森动力学的影响。壳层电路的存在引入了两个能量尺度，在特定情况下，这可能与隔离结的等离子体频率有很大不同。约瑟夫森结采用Nb/Al-AlOx/Nb制造技术制造，具有各种片上LC分流电路。在量子极限的光谱测量显示出良好的协议与理论考虑到并联电感和电容的电阻和电容并联结模型。结果清楚地表明，系统的动力学是二维的，导致系统的两个共振模式。这些发现对基于约瑟夫森结的量子比特的设计和操作具有重要意义。
2011-05-21 cond-mat.supr-con
Magnetic properties of artificially prepared ordered two-dimensional shunted and unshunted Nb-AlO_x-Nb Josephson Junction Arrays
在这一章中，我们介绍了我们最新的实验结果（以及它们的理论解释）与人工制备的有序二维约瑟夫森结阵列（包括分流和未分流的Nb-AlO_x-Nb隧道结）的一些不寻常的磁性有关。即，我们解决了以下问题：（i）非均匀的临界电流密度分布对交流磁化率的磁场行为的影响，（ii）所谓的动态重入现象的起源，和（iii）新的几何量子化效应在交流磁响应的温度行为的表现。
2005-11-09 cond-mat.supr-con
Ultra-compact tunable split-ring resonators
提出了一种采用非线性约瑟夫森电感的可调谐超导开口环谐振器。一部分SRR被Nb-AlOx-Nb约瑟夫森隧道结并联取代，形成超导量子干涉器件（SQUID），其电感对外部直流磁场敏感。由于约瑟夫森电感的集总特性，SRR可以被制造得非常紧凑，并且其谐振频率可以通过施加磁场来调谐。我们提出的模型，广泛的EM模拟和实验数据的SRR弱耦合到传输线的频率范围内11-13 GHz的结果。
2013-08-22 cond-mat.supr-con
Microstrip superconducting quantum interference device amplifiers with submicron Josephson junctions: enhanced gain at gigahertz frequencies
本文介绍了基于亚微米Al-AlOx-Al约瑟夫森结的直流超导量子干涉器件（SQUID）的放大器的测量。小的结尺寸降低了它们的自电容，并允许使用相对较大的电阻分流器，同时保持非滞后操作。这导致SQUID传递函数的增强相比，SQUID与微米级结。器件布局从常规SQUID的布局修改，以允许将信号耦合到放大器中，对于相对短的微带线圈具有显著的互感。在310 mK下的测量在1.55 GHz下表现出32 dB的增益。
2010-08-05 cond-mat.supr-con
A Josephson junction defect spectrometer for measuring two-level systems
我们制作并测量了约瑟夫森结缺陷谱仪（JJDS），它是一种频率可调谐的近谐振子，用于探测约瑟夫森结（JJ）势垒中的强耦合二能级系统（TLS）。JJDS适应宽范围的结电感$L_{J}$，同时将谐振频率$f_{0}$保持在4-8 GHz的范围内。通过施加磁通量偏置来调谐$f_{0}$，我们在结势垒中检测到强耦合的TLS作为器件光谱中的分裂。用通孔式Al/热AlOx/Al结制造并在30 mK下用单光子激发能级测量的JJDS显示出在$σ_{TLS}h = 0.4-0.5 /GHz μm^2$范围内的TLS密度和$\tan δ_{J} = 2.9x10^{-3}$的结损耗角正切。
2012-03-20 cond-mat.supr-con
Developments Toward a 250-nm, Fully Planarized Fabrication Process With Ten Superconducting Layers And Self-Shunted Josephson Junctions
我们正在开发一种超导电子制造工艺，具有多达九个平面化超导层，可堆叠的螺柱通孔，自分流Nb/AlOx-Al/Nb约瑟夫森结和一层MoNx动力学电感器。工艺中电阻和电感的最小特征尺寸为250 nm。本文给出了在同一或相邻Nb层上制作的线宽和间距从250 nm到1 μm的Nb带线和微带电感的互感数据，以及线宽和电阻均匀性的数据。
2017-04-25 cond-mat.supr-con
Resonant switching current detector based on underdamped Josephson junctions
本工作定量描述了基于欠阻尼 Josephson 结的随机开关电流探测器，发现激活 Josephson 等离子体共振可按品质因子比例提升响应度，对 Nb/AlOx/Nb 结灵敏度可达 $S\simeq 5\times10^{12}$ (V/W)。
2025-04-29 cond-mat.supr-con
NbN/AlN/NbN Josephson junctions on sapphire for receiver applications
目前发展最快的THz辐射集成接收器是基于约瑟夫森结SIS器件的。在这种装置中，最高可接收频率由超导电极的能隙确定，并且在Nb/AlOx/Nb多层的情况下限于约700 GHz。我们开发了一种蓝宝石衬底上的NbN/AlN/NbN约瑟夫森结技术，该技术允许在1 THz以上的频率下工作。在高达775 °C的温度下，在三室直流磁控溅射系统中原位沉积三层。每层在氩气和氮气气氛中反应溅射。通过改变等离子体的气体分压和放电电流，找到了最佳的沉积条件，在4.2K时，获得了高达5.1mV的间隙电压，使JJ器件的工作频率超过1 THz。
2016-12-08 cond-mat.supr-con
Fabrication of Al/AlOx/Al junctions with high uniformity and stability on sapphire substrates
本文通过优化电子束光刻导电层工艺，在蓝宝石衬底上制备了高均匀性和高稳定性的Al/AlOx/Al约瑟夫森结，为大规模超导量子芯片制造奠定基础。
2024-05-07 cond-mat.supr-con quant-ph
Investigation of all niobium Nano-SQUIDs based on sub-micrometer cross-type Josephson junctions
我们报告具有亚微米环尺寸的高灵敏度SQUID的发展。高质量和低电容SIS Nb/AlOx/Nb交叉型约瑟夫森隧道结的集成导致低至66 $Φ_0$ /Hz $^{ 1/2} $的白通量噪声水平，远低于基于收缩型结的Nb基对应物的最新值。对最佳SQUID自旋灵敏度的估计在白噪声区产生$S_μ^{ 1/2} < 7 μ_B$ /Hz $^{ 1/2} $，适合于小自旋系统的研究。我们讨论了制造的挑战，显示结果的电气特性的设备与各种皮卡循环，并描述了进一步改进的选项，这可能会推动这种设备的灵敏度，甚至单自旋分辨率。
2015-01-05 cond-mat.supr-con
Substrate insulated Josephson junctions for superconducting quantum circuits
Karlsruher Institut für Technologie（卡尔斯鲁厄理工学院）；Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme, Chemnitz（弗劳恩霍夫电子纳米系统研究所，开姆尼茨）；Institut für Quantenmaterialien und Technologie, Karlsruher Institut für Technologie（量子材料与技术研究所，卡尔斯鲁厄理工学院）
开发了一种利用三维图案化低损耗衬底替代有机抗蚀剂的约瑟夫森结制备技术，可制造高质量三层结，避免引入导致退相干的氧化物和有机材料，适用于高速高温量子电路。
2026-06-11 cond-mat.supr-con
Reduced leakage current in Josephson tunnel junctions with codeposited barriers
约瑟夫森结的制作使用两种不同的方法形成的障碍。所采用的三层是蓝宝石上的Nb/Al-AlOx/Nb，其中前两层是外延的。通过将Al表面暴露于O2或通过在O2背景中共沉积Al来形成氧化物阻挡层。共沉积过程中产生的结，表明理论预测的亚间隙电流和没有可测量的分流电导。与此相反，与热氧化形成的障碍的设备显示了一个小的分流电导除了预测的子间隙电流。
2010-12-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
All-MgB2 Josephson tunnel junctions
利用分子束外延生长的MgB_2薄膜首次制备了三明治型全MgB_2约瑟夫森隧道结（MgB_2/AlOx/MgB_2）。结表现出相当大的超导电流（IcRN产品~ 0.8 mV在4.2 K），一个明确的超导能隙（δ = ~2.3 mV），和明确的夫琅和费模式。δ的超导能隙电压与多能隙情况下的小能隙电压一致。结果表明，MgB 2在T ~ 20 K的超导电子学中具有广阔的应用前景。
2004-12-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Reentrant AC magnetic susceptibility in Josephson-junction arrays: An alternative explanation for the paramagnetic Meissner effect
在高$T_{C}$颗粒超导体中测得的顺磁迈斯纳效应（PME）归因于颗粒间存在$π$结。在这里，我们提出的测量复杂的交流磁化率从二维阵列的传统（非$π$）Nb/Al/AlOx/Nb约瑟夫森结。我们测量了作为温度$T$、激励场的AC振幅$h_{AC}$和外部磁场$H_{DC}$的函数的磁化率。实验表明，强的顺磁贡献的多结环，这表明在低温下作为一个折返筛选本身，为值的$h_{AC}$高于50 MoE。一个高度简化的模型，基于一个单一的循环，包含四个结，占这种顺磁的贡献和参数范围内，它出现。该模型提供了一种不涉及$π$ -连接的PME的替代解释。
1999-10-06 cond-mat.supr-con
Low-frequency Noise in Josephson Junctions for Superconducting Qubits
研究了阴影蒸发Al/AlOx/Al隧道结的低频电阻起伏。在300 K和5 K之间，谱密度遵循1/f定律。低于5 K时，单个缺陷会扭曲光谱的1/f形状。谱密度在150 ~ 1 K之间随温度线性下降，在0.8K以下达到饱和。在4.2 K时，谱密度比最近的一次调查所预期的要低两个数量级[D. J. Van Harlingen等人，B 70，064510（2004）]。由于低于0.8 K的饱和度，在100 mK下估计的量子位退相时间仅比Van Harlingen等人计算的时间长约两倍。
2006-10-03 cond-mat.supr-con
Coherent subgap transport in spin-split Josephson junctions
研究通过EuS/Al结观测到子间隙输运和偶奇MAR效应，发现自旋分裂超导体主导输运，验证了强超导耦合。
2025-11-28 cond-mat.supr-con
Microscopic tunneling model of Nb-AlN-NbN Josephson flux-flow oscillator
自从约瑟夫森磁通流振荡器（FFO）首次在实验上实现以来，其理论描述一直受限于唯象扰动的正弦-戈登方程（PSGE）。虽然PSGE可以定性地描述约瑟夫森结中的正弦戈登孤子或通量子的拓扑激发，但它无法捕捉实际系统中的基本物理现象，例如隧道电流和电磁辐射之间的耦合。此外，PSGE忽略了对超导体能隙的任何依赖，并且没有区分对称和非对称结：由两种相同或两种不同的超导材料制成的结。直到最近才有可能通过考虑超导体能隙的信息来计算FFO的性质[D。R. Gulevich等人，Phys. Rev. B 96，024215（2017）]。这种方法是基于微观隧道理论，并已被证明是描述对称Nb-AlOx-Nb结的基本特征。在这里，我们将这种方法扩展到非对称Nb-AlN-NbN结，并将计算的电流-电压特性与我们的实验结果进行比较。
2018-09-05 cond-mat.supr-con
Elliptic Annular Josephson Tunnel Junctions in an external magnetic field: The statics
本文研究了在最一般的椭圆环情况下，一维平面约瑟夫森隧道结的静态特性。我们分析了在结平面或垂直方向上施加外部磁场时临界电流的依赖性。我们报告了一个详细的研究短和长椭圆环形路口具有不同的偏心率。对于具有归一化周长小于1的结，即使在具有一个被捕获的约瑟夫森涡旋的情况下，也导出并计算了阈值曲线。对于较长的结进行数值分析后，适当的扰动sine-Gordon方程的推导。对于一个给定的应用领域，我们发现，一些不同的相位分布存在不同的根据磁通反磁通对的数量。我们证明了在由镜面对称电极制成的样品中，横向磁场等效于在电流方向上施加的面内场。改变椭圆的偏心率，我们重现所有已知的线性和环形约瑟夫森隧道结的结果。在考虑自场效应的情况下，高质量Nb/Al-AlOx/Nb椭圆环形结的实验数据支持了理论分析。
2015-01-14 cond-mat.supr-con
The influence of pinholes and weak-points in aluminium-oxide Josephson junctions
本研究通过分子动力学模拟和非平衡格林函数方法，发现氧化铝约瑟夫森结中的针孔和弱点会导致额外电流和偏离理想约瑟夫森关系，影响量子比特稳定性。
2024-02-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Josephson effect between superconducting nanograins with discrete energy levels
我们研究了两个耦合超导体之间的约瑟夫森效应，通过电子对的隧穿耦合，在他们的能级间距是可比的散装超导能隙，但忽略任何充电效应的制度。在这种情况下，BCS理论是无效的，超导序参量的概念与一个明确的阶段是不适用的。利用密度矩阵重整化群计算了两个耦合超导体的基态，并提取了约瑟夫森能量。约瑟夫森能量被发现显示重入行为（减少后增加）作为增加的能级间距的函数。对于弱约瑟夫森耦合，紧束缚近似的介绍，这说明了在一个透明的方式，这种重入的物理机制。DMRG方法也适用于两个强耦合的超导体，并允许详细检查紧束缚模型的有效性的限制。
2003-05-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Design and experimental study of superconducting left-handed transmission lines with tunable dispersion
研究了超导可调谐共面波导的微波特性。成对的约瑟夫森结正在形成超导量子干涉器件（SQUID），它分流了CPW的中心导体。通过施加外部直流磁场，SQUID的约瑟夫森电感在0.08-0.5 nH的范围内变化。CPW的中心导体包含提供额外电感的串联连接的约瑟夫森结;控制SQUID的磁场足够弱，不会影响单个结链的电感。该电路被设计为具有由可变抑制带分隔的左手和右手传输特性;带边缘可以通过磁场进行调谐。我们目前的传输测量CPWs的基础上，多达120个Nb-AlOx-Nb约瑟夫森结。在零磁场下，我们观察到在8-11 GHz的频率范围内没有抑制带。当施加磁场时，出现7 GHz和9 GHz之间的抑制带。实验数据与数值模拟进行了比较。
2013-09-29 cond-mat.supr-con
Multilevel effects in the Rabi oscillations of a Josephson phase qubit
本文介绍了在一定的微波驱动功率和频率失谐范围内对Nb/AlOx/Nb直流超导量子干涉器件（SQUID）相位量子比特进行拉比振荡测量的结果。考虑到器件的轻微非谐能级结构，几个激发态在量子比特动力学中起重要作用，特别是在高功率下。为了研究这些能级的影响，通过测量器件到电压态的隧穿逃逸率来监测多光子拉比振荡，该隧穿逃逸率对激发态布居特别敏感。我们比较观察到的振荡频率与一个简化的模型构建的全相位量子比特哈密顿量，也比较依赖于时间的逃逸率测量与一个更完整的密度矩阵模拟。良好的定量协议之间的数据和模拟，使我们能够识别共振（类似于交流斯塔克效应），拉比频率的抑制，泄漏到更高的激发态的移位。
2009-12-06 cond-mat.supr-con
On chip synchronization of Bloch oscillations in a strongly coupled pair of small Josephson junctions
本文研究高欧姆环境中强耦合亚100 nm约瑟夫森结的布洛赫振荡同步，观察到电流镜效应和类似双夏皮罗台阶的电流平台，为电流计量学提供新思路。
2023-06-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Magnetic Josephson Junctions with Superconducting Interlayer for Cryogenic Memory
我们研究磁约瑟夫森结（MJJ）-一种具有铁磁势垒的超导器件，用于可扩展的高密度低温存储器，与节能的单通量量子（SFQ）电路兼容。对超导体-绝缘体-超导体-铁磁-超导体（SIS'FS）MJJ进行了实验和理论分析。我们发现，SIS的FS结的性质分为两个不同的类的S'层的厚度的基础上。我们使用HYPRES和ISSP制造工艺的组合的共处理方法来制造Nb-Al/AlOx-Nb-PdFe-Nb SIS的FS MJJ。具有薄超导S '层的所得SIS'FS结构基本上受铁磁层整体的影响。我们制造这些类型的结，以达到与用于超导SFQ电子器件的传统SIS结的器件兼容性，以确保基于MJJ的电路和基于SIS JJ的超快数字SFQ电路的无缝集成。我们报告的MJJ的实验结果，证明其适用于超导存储器和数字电路。这些MJJ表现出的IcRn产物仅比在相同制造中共同产生的常规SIS结的IcRn产物低约30%。这些SIS的FS结构的解析计算与实验符合得很好。讨论了MJJ器件在存储器和可编程逻辑电路中的应用。
2012-12-04 cond-mat.supr-con
Josephson Vortex Qubit based on a Confocal Annular Josephson Junction
我们报道了基于共焦环形约瑟夫森隧道结（CAJTJ）的约瑟夫森涡旋量子比特的理论和实验工作。这种几何构型的关键成分是周期性变化的宽度，其产生具有双态的空间涡旋势。这种内禀涡旋势可以通过外加磁场进行调节，并通过偏置电流进行倾斜。双态系统精确地模拟了一维sine-Gordon方程，通过该方程可以数值计算将涡旋设置在给定状态所需的磁场以及涡旋脱钉电流。在4.2K下对具有单独捕获通量的高质量Nb/Al-AlOx/Nb CAJT J进行的实验数据主张存在鲁棒且可精细调节的双阱势，其涡旋状态的可靠操纵已被经典地证明。通过外加磁场在给定的电势下制备涡旋，而通过测量小磁场中的涡旋脱钉电流来实现状态读出。我们的原理实验证明，令人信服地表明，所提出的基于CAJTJ的涡旋量子比特是鲁棒的和可行的。
2017-07-06 cond-mat.supr-con quant-ph
Fabrication and measurements of hybrid Nb/Al Josephson junctions and flux qubits with pi-shifters
我们描述了结合Nb和Al基超导电路技术的复合通量量子比特的制造和测试。这种制造量子位的混合方法允许采用使用超导体-铁磁体-超导体约瑟夫森结的成熟的基于Nb的技术制造的π移相器。这里的重要特征是获得Nb和Al层之间的高界面透明度而不使亚微米荫罩退化。我们实现了这一点，通过在原位Ar蚀刻使用电子束枪。阴影蒸发Al/AlOx/Al约瑟夫森结与Nb偏置焊盘显示出预期的电流-电压特性与可重复的临界电流。利用这种技术，我们制备了Nb/CuNi/Nb π位移器复合Nb/Al磁通量子比特，并测量了它们的磁场响应。观察到的具有和不具有π结的量子比特的场响应之间的偏移归因于π相移。所报道的方法可用于实现各种混合Nb/Al超导量子线路。
2014-05-02 cond-mat.supr-con quant-ph
Electrically-controlled hybrid superconductor-ferromagnet cell for high density cryogenic memory
本文提出并验证了一种SISFS电控混合超导-铁磁体单元，利用电流改变铁磁层磁化状态以调控约瑟夫森结临界电流的磁场调制特性，从而实现与单磁通量子电子学兼容的高密度低温存储。
2023-07-04 cond-mat.supr-con
Dielectric losses in multi-layer Josephson junction qubits
我们已经测量了约瑟夫森结相和transmon量子位的激发态寿命，所有这些都是用相同的可扩展的多层工艺制造的。我们比较了去除隔离电介质SiNx之前和之后的相位量子比特的寿命，发现去除后的弛豫时间提高了四倍。连同来自transmon量子比特和共面波导谐振器的测量结果，这些测量表明寿命受到量子比特的介电成分的损耗的限制。我们已经提取了从隧道结势垒，AlOx，隔离电介质，SiNx，和衬底，Si/SiO2，通过加权的总损耗与部分的电场在不同的电介质材料的总损耗的贡献。我们的结果很好地吻合，并补充了其他研究的结果，表明超导量子比特可以用作介电材料高频表征的可靠工具。最后，我们讨论了设计和材料选择的变化如何将量子比特的寿命提高到四倍。
2013-06-11 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Strong-field effects in the Rabi oscillations of the superconducting phase qubit
拉比振荡已经在许多超导设备中观察到，并且代表量子计算机中量子比特（qubit）的原型逻辑操作。我们利用三能级多光子分析来理解超导相位量子比特（电流偏置约瑟夫森结）在高微波驱动功率下的行为。交流斯塔克位移，单光子拉比频率，和双光子拉比频率的分析和数值计算结果进行了比较，与Nb/AlOx/Nb隧道结的直流SQUID相位量子比特的测量。理论与实验结果吻合较好。
2007-03-02 cond-mat.supr-con
Stress Accommodation in Nanoscale Dolan Bridges Designed for Superconducting Qubits
针对超导量子比特中Dolan桥易断裂的问题，提出一种结合应力释放通道的Josephson结光刻掩模设计，仿真显示横向应力降低超70%，实验实现100多个结100%良率。
2025-02-01 cond-mat.supr-con quant-ph
Quantization of the superconducting energy gap in an intense microwave field
研究了Nb/AlOx/Nb约瑟夫森结中的光子辅助隧穿。在结中的微波场的定量校准允许直接验证的量子效率的微波光子检测的结。我们观察到光子辅助隧穿台阶的电压随微波功率和隧穿电流的变化。然而，这种变化并不是单调的，而是阶梯式的。这种现象是由正负阶跃级数互锁引起的。在Shapiro步骤中观察到类似的锁定。结果，超导能隙假定量子化值等于光子能量的四分之一的倍数。量子化是微波场对超导性的非平衡调谐（抑制或增强）的表现。
2015-10-20 cond-mat.supr-con
Field Cooled Annular Josephson Tunnel Junctions
我们研究了平面环形约瑟夫森隧道结在外加磁场作用下的相变温度猝灭的物理过程。用Nb/Al-AlOx/Nb长环形结进行的实验表明，在形成结的高质量双连接超导电极中捕获的磁通量产生持续电流，其相关的磁场影响结的静态和动态特性。更具体地说，与直流偏置电流相结合的一个电极的孔中捕获的场引起约瑟夫森涡旋的密集列的粘性流，其通过在结的电流-电压特性中的移位线性斜坡、Fiske阶梯和Eck阶梯的顺序出现来表现自身。此外，在磁衍射图案的第一波瓣中观察到场移位。垂直于结面的外部磁场可以减轻甚至消除持续电流的影响。对于扩展的一维约瑟夫森结，与持续电流相关的径向场可以用经典的唯象sine-Gordon模型精确地模拟。进行了大量的数值模拟，以揭示基本的磁通流机制负责的外观的磁感应步骤，并阐明几何参数的作用。结果发现，场冷却的印记增强共焦环形结，这是很好地研究了圆环结的自然推广。
2020-05-14 cond-mat.supr-con nlin.PS
Characterization of Josephson Junction Aging and Annealing Under Different Environments
National University of Singapore（新加坡国立大学）；Nanyang Technological University（南洋理工大学）
研究不同环境下约瑟夫森结的老化与退火特性，发现老化曲线遵循对数规律，退火温度影响电阻变化，且存在电阻调节的下限。
2026-10-01 cond-mat.supr-con quant-ph
Flux Flow Effects in Annular Josephson Tunnel Junctions
研究了环形约瑟夫森隧道结（AJTJ）在磁场作用下产生有限电压阶跃的电流-电压特性。共焦AJTJ的实验数据，这是自然的推广，以及研究圆形AJTJ的通量流的影响从来没有报道过。位移线性斜率，Fiske步骤阶梯和Eck步骤顺序记录在$4.2\,K$与高品质的Nb/Al-AlOx/Nb共焦AJTJ时，增加的均匀磁场的强度施加在结的平面。他们的振幅被发现强烈依赖于不仅在强度上，而且在外部场的方向上。广泛的数值模拟的基础上的现象学正弦戈登模型开发共焦AJTJ进行了披露的基本磁通流机制负责的外观的磁感应步骤，并阐明了几个关键参数，即场的方向，系统损耗和环偏心率的作用。结果发现，在拓扑封闭系统中，如AJTJ，其中被捕获的磁通子的数量是保守的，新的磁通子只能以磁通子-反磁通子对的形式产生，约瑟夫森涡旋的稳定粘性流的存在仅依赖于磁通子和反磁通子在结内产生和湮灭的能力。这也意味着在圆形AJTJ中无法观察到通量流效应。
2019-05-17 cond-mat.supr-con nlin.PS
Probing individual tunneling fluctuators with coherently controlled tunneling systems
由铝及其氧化物制成的约瑟夫森结是超导电路和量子位最常用的功能元件。通常已知，无序薄膜AlOx包含原子隧穿系统。相干隧穿系统可以通过它们的电偶极矩与量子比特强烈耦合，从而产生光谱级排斥。此外，缓慢波动的隧穿系统是可观察到的，当它们位于接近相干的和扭曲他们的潜力。这种相互作用导致相干隧穿系统的能量分裂的电报切换。在这里，我们使用超导量子位作为检测器，在从小时到分钟的时间尺度上测量由单个波动引起的这种切换。此外，我们采用高灵敏度的单光子量子比特交换光谱和测量的量子比特状态的统计分析，可测量的开关时间的范围扩展到毫秒级。
2017-12-01 cond-mat.supr-con
Tuning the inductance of Josephson junction arrays without SQUIDs
本文提出无 SQUID 的单个 Al/AlOx/Al Josephson 隧道结阵列，利用退磁效应和 Fraunhofer 型干涉实现磁场可调电感，并演示阻抗在 4–8 kΩ 范围可调的传输线。
2022-10-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.app-ph
Fabrication And Characterization Of High-Quality Nb/Al-AlO$_x$/Nb Cross-Type Josephson Tunnel Junctions Utilising CMP-based Planarisation Techniques
Heidelberg University（海德堡大学）
本文采用CMP平坦化技术制备Nb/Al-AlOx/Nb交叉型约瑟夫森隧道结，消除寄生电容并提高良率至90%以上，通过IV特性和夫琅禾费图样表征结质量。
2026-09-09 cond-mat.supr-con
Fabrication and Properties of NbN/NbNx/NbN and Nb/NbNx/Nb Josephson Junctions
本文研究了NbN/NbNx/Nb和Nb/NbNx/Nb结的制备与性质，发现前者在相同屏障厚度下Jc略低，但具有更高的Tc和能量隙，且在200摄氏度下实现了较高的IcRn产品。
2025-12-01 cond-mat.supr-con physics.app-ph
Temperature-Dependent Dielectric Function of Tantalum Nitride Formed by Atomic Layer Deposition for Tunnel Barriers in Josephson Junctions
NY Creates（纽约创想）；Department of Physics, New Mexico State University（新墨西哥州立大学物理系）；Center for Functional Nanomaterials, Brookhaven National Laboratory（布鲁克海文国家实验室功能纳米材料中心）
本文研究了通过原子层沉积制备的绝缘 tantalum 氮化物薄膜的介电函数，探讨其作为约瑟夫森结隧道屏障的可行性，通过椭圆偏振测量和模型建立，展示了其在超导量子电路中的应用潜力。
2026-03-05 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
