Stacked Josephson junctions for quantum circuit applications
Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院）；Institute for Quantum Materials and Technologies, Karlsruhe Institute of Technology（卡尔斯鲁厄理工学院量子材料与技术研究所）
本研究提出通过垂直堆叠约瑟夫森结形成紧凑电感，采用多层铝和隧道势垒，并用悬浮超导桥连接，实现低损耗，适用于量子比特等电路。
2026-06-11 cond-mat.supr-con
Magnetic field dependence of the critical current in stacked Josephson junctions. Evidence for fluxon modes in Bi2Sr2CaCu2O8+x mesas
本文从理论和实验上研究了不同结长和耦合参数时，叠层约瑟夫森结（SJJs）临界跨层电流Ic（H）随平行于结面的外加磁场的调制。结果表明，长SJJ的Ic（H）模式非常复杂，在H中没有周期性。这是由于堆叠中的结之间的相互作用。这反过来又导致存在多个准平衡约瑟夫森通量模式和子模式，这些模式在SJJ中的相位和通量序列的对称性方面是不同的。长SJJ的临界电流是多值的，并且通过在能量上接近的通量模式/子模式之间切换来控制。因此，临界电流的概率分布可能变宽，并且可能由多个最大值组成，每个最大值表示特定模式/子模式。在实验上，观察到Bi 2Sr 2CaCu 2 O 8 +x本征SJJ的多个分支Ic（H）图案和Ic概率分布的多个最大值，这与数值模拟结果很好地吻合，并支持了本征SJJ中具有不同准平衡磁通模/子模的想法。
1998-05-28 cond-mat.supr-con
Microwave distribution in stacked Bi$_{2}$Sr$_{2}$CaCu$_{2}$O$_{8+x}$ intrinsic Josephson junctions in a transmission-line geometry
研究了矩形叠层（15 $μ$ m $\times$ 0.72 $μ$ m $\times$ 60 nm）$_{2}$ $_{2}$ $_{2}$ O $_{8+x}$本征约瑟夫森结（IJs）内的微波分布。该堆叠被微制造成传输线几何形状，其中几百nm厚的Au层沉积在堆叠的顶部和底部。通过测量不同微波功率下W波段IJs隧穿临界电流的异常抑制来监测微波分布。这种技术可以提供有价值的信息的微波传输模式内的夹层堆叠的IJs，这是非常重要的高频器件应用，使用IJs，如磁通流太赫兹振荡器。
2003-08-05 cond-mat.supr-con
Pulse-induced switches in a Josephson tunnel stacked device
在叠层双隧道铌基约瑟夫森系统中观察到了从亚稳态到运行态的脉冲激活跃迁，反之亦然。实验结果进行了比较与数值模拟的基础上的正弦-戈登模型的堆叠结注入脉冲的幅度可变的结的堆栈之一，并观察其他结的电压响应。实验和数值计算结果表明，诱导直接和回切换过渡从亚稳态到运行状态的可能性，简单地通过改变的幅度的电子脉冲注入整个堆栈设备。
2001-05-17 cond-mat.supr-con
Superconducting lens and Josephson effect in AA-stacked bilayer graphene
本研究探究AA堆叠双层石墨烯的超导输运特性，发现其锥内过程存在交叉安德烈夫反射与约瑟夫森电流，可实现栅压调控的超导透镜效应，且层间耦合使两狄拉克锥临界电流振荡特性不同，可实现锥依赖的0-π跃迁。
2025-09-04 cond-mat.supr-con
3-dimensional arrays of BiSrCaCuO-2212 intrinsic Josephson junctions and the zero-crossing Shapiro steps at 760 GHz
在厚度为200~300 nm的O_{8+x}片上，本征约瑟夫森结的叠层被图形化，并相互连接，与蝴蝶结天线和一些扼流圈集成。在150微米乘170微米的面积上，到目前为止，我们能够制造多达256个堆叠，超过11，000个结。这种本征约瑟夫森结的三维阵列对760 GHz远红外激光的辐照具有灵敏的响应，在0.75 V以下有明显的过零夏皮罗阶跃。此外，还讨论了在量子电压标准等方面的可能应用。约瑟夫森结的高集成密度也有望用于许多其他应用。
2001-10-11 cond-mat.supr-con
Josephson vortices and the Meissner effect in stacked junctions and layered superconductors: Exact analytical results
本文用一个相位差微分方程组的局部解，对具有任意数目N-1个相同结（N为超导层数）的周期性薄层超导体/绝缘体结构中的约瑟夫森涡旋和迈斯纳效应进行了精确的数学描述。我们建立了局部解存在的一般判据。我们证明了Meissner解的特征在于几个约瑟夫森长度[N/2长度为偶数N，和（N-1）/2长度为奇数N]。我们导出了迈斯纳态的过热场作为N的显函数的精确表达式。对于Josephson涡，我们发现两种基本上不同类型的拓扑解：“涡面”解和非相干涡解。热力学稳定的“涡面”解表示N-1个涡的链（每个绝缘层一个涡）。它们的特点是由相同的约瑟夫森长度的迈斯纳解决方案。我们得到了它们的自能和低临界场的精确解析表达式。非相干涡解包括k < N-1个涡和不同的涡-反涡构型的解。与“涡面”解相反，它们被证明是不稳定的，并且它们的空间依赖性的特征在于，一般来说，由N-1个长度尺度。作为一个例子，我们分析1-4-约瑟夫森结堆栈和调查的过渡到层状超导体的限制。
2000-11-22 cond-mat.supr-con
The Meissner effect and the vortex structure in stacked junctions and layered superconductors: Exact analytical results
本文给出了在静态平行外场H作用下，具有任意数目N-1（N为超导层的数目）相同结的周期性薄层超导体/绝缘体结构中的迈斯纳效应和涡旋态的精确数学描述。基于对耦合静态sine-Gordon（SG）方程的相位差的分析，我们得到了所有可能类型的物理解的完整分类。我们证明了在H>0时，这些方程只存在Meissner解和拓扑“涡面”解.这两种类型的解决方案的特点是[N/2]约瑟夫森长度。我们推导出一个明确的解析表达式的过热场的迈斯纳状态，Hs，作为N的函数，并表明，Hs同时确定的渗透场的涡平面。热力学稳定的“涡面”解代表约瑟夫森涡的相干链（链中每个绝缘层一个涡）。作为单结中普通Josephson涡旋的自然推广，涡旋平面解继承了前者沿层的周期性和具有不同拓扑数的态的重叠等性质。我们得到了精确的解析表达式的自能的涡旋平面和较低的临界场Hc 1。与主流观点相反，当H>0时，耦合SG方程不具有任何单涡解。通过两个精确可解的例子（N= 2，3）说明了一般的考虑。实验结果的影响进行了讨论。
2002-02-18 cond-mat.supr-con
Optical control of the current-voltage relation in stacked superconductors
我们模拟的电流-电压关系的短分层超导体，我们的模型作为堆栈的电容耦合约瑟夫森结。该系统由外部激光场驱动，以光学控制结两端的电压降。我们确定的参数制度中，超导电流可以稳定对热引起的相位滑移，从而降低了有效的电压在超导体。此外，已知单驱动的约瑟夫森结呈现锁相状态，其中超导相位锁定到驱动场。我们数值观察它们的持久性存在的热波动和电容耦合相邻的约瑟夫森结之间。我们的研究结果表明，如何宏观材料的性能可以通过利用约瑟夫森等离子体激元的大的光学非线性操纵。
2019-05-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Hyperinductance based on stacked Josephson junctions
本文提出基于垂直堆叠约瑟夫森结的两种制备技术，实现高阻抗超导传输线，并实验验证其阻抗随结数呈√n标度，特征阻抗可达约16 kΩ，为下一代量子电路提供可扩展的超高阻抗平台。
2025-05-05 cond-mat.supr-con quant-ph
Multi-photon transitions between energy levels in a current-biased Josephson tunnel junction
在低温下，对小电流偏置约瑟夫森隧道结在弱微波辐射下从零电压态的逃逸进行了实验研究。的结开关电流分布的测量表明的宏观量子隧穿的相位以下的交叉温度$T^{\star} \approx 280 \rm{mK}$。在低于$T^{\star}$的温度下，我们观察到单光子和\emph{multi-photon}之间的结能级的过渡，通过施加微波辐射的频率范围之间的$10 \rm{GHz}$和$38 \rm{GHz}$的结。这些观察结果反映了只包含少量能级的结势的非谐性。
2002-06-13 cond-mat.supr-con
THz emission from a stacked coherent flux-flow oscillator: non-local radiative boundary conditions and the role of geometrical resonances
我推导出简单的非局部动态边界条件，适用于建模的辐射发射从堆叠约瑟夫森结，并采用它们来分析磁通流发射从本征约瑟夫森结在高- $T_c$超导体。结果表明，由于堆叠结中磁通子的洛伦兹收缩的缺乏，高质量的几何共振是从堆叠的高功率发射的先决条件。这导致了辐射阻抗的双重作用：一方面，小阻抗增加了来自堆叠的发射效率，另一方面，增强的辐射损耗降低了几何共振的品质因数，这可能降低总发射功率。因此，最佳条件的相干通量流振荡器实现时，辐射损失相当于电阻损失内的堆栈。
2010-05-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.optics
Resonant escape in Josephson tunnel junctions under millimeter-wave irradiation
本文通过测量铌基约瑟夫森结在100 GHz以上毫米波辐照下的开关电流双峰分布，用含势垒抑制的强驱动模型解释了共振逃逸现象，证明了在约100 GHz运行相位量子比特的可行性。
2024-11-22 cond-mat.supr-con
On the stability of vortex-plane solitons: The solution of the problem of Josephson-vortex structure in layered superconductors and stacked junctions
通过确定平行磁场中层状超导体Gibbs自由能泛函的所有驻点的类型，建立了耦合静态sine-Gordon方程的所有解的稳定性分类.我们证明了自由能的唯一极小元是Meissner解（“真空”态）和孤子涡旋平面解[S。V. Kuplevakhsky，Phys. Rev. B vol. 60，7496（1999）;同上。vol. 63，054508（2001）; cond-mat/0202293]。它们是实际的平衡场配置。我们提出了这些解决方案的拓扑分类。与此相反，以前提出的非孤子配置（“孤立磁通”，“三角形约瑟夫森涡旋晶格”等）。绝对不稳定和不可观测：它们只不过是吉布斯自由能泛函的鞍点，甚至不是亥姆霍兹自由能泛函的稳定点（通过勒让德变换从前者获得）。（物理上，非孤立子配置违反了电流和通量的守恒定律。所得到的结果使我们能够解释动态稳定性的涡面，注意到在数值模拟中，并提供一个统一的解释现有的实验数据。我们希望，本文将激发兴趣的问题专家在不同领域的物理和应用数学。
2002-08-27 cond-mat.supr-con nlin.PS
Collective resonance modes of Josephson vortices in sandwiched stack of Bi$_{2}$Sr$_{2}$CaCu$_{2}$O$_{8+x}$ intrinsic Josephson junctions
在长结极限下，观察到Bi $_{2}$ Sr $_{2}$ CaCu $_{2}$ O $_{8+x}$单晶的本征约瑟夫森结（IJJ）的电流-电压特性中，低偏置涡旋流分支在密集约瑟夫森涡旋态分裂成多个子分支.每个子分支对应于串联耦合的约瑟夫森结中的等离子体模式。分裂成低偏置线性子分支的斜率和子分支间模式切换字符的扩展是在良好的定量协议与预测的弱，但有限的结间电容耦合模型与电感耦合。这表明电容耦合在精确描述串联堆叠IJJ中的涡旋动力学中的作用的重要性。
2003-12-18 cond-mat.supr-con
Parametric amplification of electromagnetic waves produced by a flux-flow-oscillator made of YBaCuO Josephson junction arrays
在泵浦频率fP=45 GHz时，我们观察到由YBa_2Cu_3 O_7约瑟夫森结阵列耦合到毫米波法布里-珀罗谐振腔谐振模的磁通流振荡器产生的电磁波的参量放大。对于（30-45）K范围内的温度，待放大的EM信号的频率fS可以通过所施加的具有单通量量子周期性的B场感生通量在（1-25）GHz范围内连续调谐。因此，我们测量到了一个显著的参数增益，几乎与频率无关，在40 K时达到最大值（8-10.4）dB。对于（14-30）K范围内的温度，fS的磁场可调谐性逐渐被抑制到（1-5）GHz范围的最小值，其中测量到（5-6）dB之间的参数增益。通过适当调整设计/制造参数，我们的研究结果表明，可调谐MW发生器/检测器的发展，以及由高转变温度超导体制成的参数放大器，并在很宽的温度范围内（10 mK-77 K）工作是一个合理的和有吸引力的可能性。
2022-11-04 cond-mat.supr-con
Time-resolved synchronization analysis of stacked intrinsic Josephson junctions of a cuprate superconductor with frequency-modulated terahertz radiation spectra
Kyoto University（京都大学）；National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)（产业技术综合研究所）
通过分析频率调制的太赫兹辐射谱，研究Bi2212本征约瑟夫森结的同步动力学，发现双高斯峰结构，提取同步弛豫时间约0.28 ns，揭示亚纳秒非平衡动力学。
2026-06-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Observation of superluminal geometrical resonances in Bi2Sr2CaCu2O8+x intrinsic Josephson junctions
我们研究了Bi_2Sr_2CaCu_2O_（8 +x）小台面结构中的Fiske台阶，这种台面结构只包含少量的堆叠本征约瑟夫森结。磁场的仔细排列防止了Abrikosov涡旋的穿透，并有利于观察各种高质量的几何共振，包括速度大于电磁波最慢速度的超光速。少量的结限制了谐振模式的数量，并允许准确识别模式和速度。结果表明，超光速几何共振可以激发亚光速通量运动和磁通流本身成为超光速在高磁场。我们认为，高质量的超光速几何共振的观测是至关重要的相干磁通流振荡器在太赫兹频率范围内的实现。
2010-06-09 cond-mat.supr-con
THz emission from intrinsic Josephson junctions at zero magnetic field via breather auto-oscillations
提出了一种在零磁场下利用空间均匀堆叠的约瑟夫森结产生强高频电磁波的新机制。交流约瑟夫森效应将直流偏置电压转换成交流超电流，然而，在没有约瑟夫森相位差的空间变化的情况下，不提供发射电磁波所需的直流到交流功率转换。在这里，我证明，在几何共振条件下，空间均匀性的相位可以自发地打破呼吸（绑定磁通反磁通对）的外观，促进有效的直流到交流功率转换。提出的机制解释了最近观察到的大面积Bi $_2$ Sr $_2$ CaCu $_2$ O $_{8+x}$台面结构的太赫兹辐射的所有主要功能。
2010-10-29 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
Multi-level Spectroscopy of Two-Level Systems Coupled to a dc SQUID Phase Qubit
本文报道了用面积为16 μ \m 2的Al/AlOx/Al结耦合到dc SQUID相位量子比特的分立二能级系统的光谱测量结果。应用微波在10 GHz至11 GHz的范围内，我们发现8个避免的水平交叉分裂的大小从10 MHz到200 MHz和光谱寿命从4 ns到160 ns。假设跃迁是从复合系统的基态到量子比特的一个激发态或其中一个TLS态的一个激发态，我们拟合了位置和谱宽，得到了相位量子比特和TLS的能级、分裂大小和光谱相干时间。分裂的分布与隧道势垒中的随机位置之间的非相互作用的单个带电离子隧穿一致，并且寿命的分布与具有与频率无关的损耗角正切的结势垒中的AlOx一致。为了检查每个TLS的电荷独立地耦合到结两端的电压，我们还测量了20-22 GHz范围内的频谱，并发现由于结的第二激发态和结和TLS都被激发的状态而避免的倾斜能级交叉。
2010-03-20 cond-mat.supr-con
Flux-driven Josephson parametric amplifier for sub-GHz frequencies fabricated with side-wall passivated spacer junction technology
本文介绍了一种适用于超灵敏热微波探测器读出的约瑟夫森参量放大器的实验结果。特别是，我们讨论的性能上的制造细节的影响。我们表明，小体积的沉积介电材料，使侧壁钝化间隔铌结技术，导致在宽范围的工作温度高达1.5 K的鲁棒操作。该放大器的中心频率在540 ~ 640 MHz范围内可调，三波混频增益超过20 dB。在600 MHz时，放大器会增加105 mK $\pm$ 9 mK的噪声，这是通过热/冷源方法确定的。相敏放大与设备证明。
2018-05-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.app-ph
Zero-crossing Shapiro steps in focused-ion-beam-tailored high-$T_c$ superconducting microstructures
研究了S形Bi $_2$ Sr $_2$ CaCu_2 O $_{8+x}$（Bi-2212）微米尺度样品的微波响应特性。用聚焦离子束的治疗使我们能够降低等离子体频率下降到$f_p$ $\sim$ 5 GHz，在$T$ =0.3 K的自然堆叠的约瑟夫森结中的晶体。我们在低至$\sim$ 5 GHz的频率下观察到Shapiro台阶。在低至$\sim$ 10 GHz的频率下观察到了良好的零交叉Shapiro台阶。它们表现为恒压平台，在零偏置电流下出现非零电压。我们证实了当辐照频率足够大于$f_p$时，可以在Bi-2212堆叠结中观察到零交叉Shapiro台阶。观察到的高阶分数阶微波响应表明，层间耦合的Bi-2212约瑟夫森结具有非正弦电流相位关系。基于台阶的温度依赖性，我们还表明，台阶的有限斜率是由于相扩散效应的增强。
2008-02-14 cond-mat.supr-con
On-Chip Josephson Junction Microwave Switch
作者报道了一种基于单约瑟夫森结超导电路的反射式单极单掷微波开关的设计和测量。数据表明，开关操作与2 GHz的瞬时带宽集中在10 GHz，低插入损耗，和优于20 dB的开/关比。开关的实测性能与模拟输入功率高达-100 dBm。一个扩展的演示电路，实现单刀双掷开关的仿真。
2015-12-04 cond-mat.supr-con quant-ph
Bi_2 Sr_2 CaCu_2 O_{8+delta} Bicrystal c-Axis Twist Josephson Junctions: A New Phase-Sensitive Test of Order Parameter Symmetry
Li { \it等} [Phys. Rev. Lett. { \bf 83}，4160（1999）]制备原子清洁的Bi $_2$ Sr $_2$ CaCu $_2$ O $_{8+δ}$（BSCCO）约瑟夫森结，该结位于相同的单晶分裂之间，该单晶分裂堆叠并围绕c轴扭转一个角度$ϕ_0$。对于每个双晶体，c轴扭转结临界电流密度与横跨任一单晶部分的临界电流密度的比率$J_c^J/J_c^S$是1，与$ϕ_0$和结面积的比率$A^J/A^S$无关。从广泛的理论研究，涉及各种隧道和超导序参量（OP）的形式，我们得出结论，结果提供了强有力的证据，为非相干c轴隧穿和占主导地位的OP是s波$T\le T_c$。最近，高野{ \it et al.} [Phys. Rev. B { \bf 65}，140315（R）（2002）]从BSCCO晶须扭曲结获得的结果也排除了纯d波OP，但令人惊讶地暗示相干c轴隧穿形成小费米表面热点。
2002-07-30 cond-mat.supr-con
Microwave-induced constant voltage steps in surface junctions of Bi_{2}Sr_{2}CaCu_{2}O_{8+δ} single crystals
我们观察到在Bi-2212单晶表面微加工的台面结构表面结中的过零台阶。在频率为76和94 GHz的微波作用下，电流-电压特性曲线出现明显的电压阶跃，满足交流约瑟夫森关系。随着微波功率的增加，台阶高度在台阶数n=4之前呈现出贝塞尔函数行为。我们确认，本征表面结满足标准的零交叉步骤的观察。
1999-08-31 cond-mat.supr-con
Observation of Individual Josephson Vortices in YBCO Bicrystal Grain-boundary Junctions
在微波谐振器装置中，用4.4 GHz的低功率微波（rf）信号研究了YBCO双晶晶界结对0 - 10 Oe小直流磁场的响应。在某些直流磁场的微波损耗的峰值，观察到的结果从个人约瑟夫森涡流渗透到研究中的晶界结。该系统被建模为一个长的约瑟夫森结描述的sine-Gordon方程与适当的边界条件。实验数据和模型之间的定量协议已经获得。研究了直流磁场的磁滞效应，并将测量结果与计算结果进行了比较。
2000-03-06 cond-mat.supr-con
Study of charge-phase diagrams for coupled system of Josephson junctions
对高温超导体中堆叠本征约瑟夫森结（IJJ）的动力学进行了理论研究。我们计算了IJJ的电流-电压特性（CVC），并研究了9个IJJ的电池堆的CVC最外支路上的断点区域。提出了一种基于记录“相电荷”图来研究IJJ CVC精细结构的方法。结果表明，该方法反映了断点区域的主要特征。
2010-09-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Thermoelectric single-photon detection through superconducting tunnel junctions
本文基于不同能隙超导体隧道结的双极热电效应，提出一种被动式宽带单光子热电探测器TED，其在极宽频段内具备高信噪比，可应用于量子计算和光电子学等领域。
2023-10-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Fiske steps studied with flux-flow resistance oscillation in a narrow stack of Bi2Sr2CaCu2O8+d junctions
我们实验研究了结长L~1.8 μ m的Bi_2Sr_2CaCu_2O_（8 +d）窄叠层中磁通动力学。作为由集体腔模式高频激发的证据，在（面内）外部磁场下，电流-电压特性显示出显著的Fiske台阶，对应的谐振频率为75-305 GHz。对各种c轴电流下通量流阻振荡的进一步研究通过区分两个不同的区域，在低偏置电流水平下为静态磁通流动区，在高偏置电流水平下为动态Fiske台阶区。
2005-09-01 cond-mat.supr-con
Fabrication of submicron La$_{2-x}$Sr$_{x}$CuO$_{4}$ intrinsic Josephson junction stacks
铜氧化物超导体的本征约瑟夫森结（IJJ）堆叠具有实现为在相对高的温度下工作的本征相位量子比特的潜力。我们成功地报道了从单晶中切割出的亚微米La $_{2-x}$ Sr $_{x}$ CuO $_{4}$（LSCO）IJJ堆叠的制造。我们还展示了一种新的制造方法，其中氩离子蚀刻后进行聚焦离子束蚀刻。其结果是，我们得到了一个LSCO IJJ堆栈中出现的电阻多分支。通过开发这种方法，可以以单个IJJ的精度控制堆叠IJJ的数量。
2011-08-17 cond-mat.supr-con quant-ph
Al/AlO$_{\rm {x}}$/Al-Josephson-junction-based microwave generators for weak-signal applications below 100 mK
正在开发一种专用约瑟夫森发生器，作为在110至170 GHz频率范围内工作在$T \sim $ 100 mK以下的单微波光子探测器的片上校准源。目标校准功率对应于每秒0.01至10个计数的光子检测率。我们分析的约瑟夫森振荡的隧道结微观（TJM）模型的框架内，并找到一个标准的RSJ模型的结，作为一个准单色源的微波操作的修正。实验上，我们实现了一些铝基双结干涉仪连接到引线通过微带线电阻制成的部分氧化的钛膜。$I$ - $V$曲线表现出确保在所需频率范围内产生微波信号的行为。通过设置偏置点$\bar{V}$并施加磁场，可以分别调谐发生器的频率和功率。一个小的振荡线宽，下降到几个GHz，和低水平的黑体辐射发射的电路的热部件预测，使用实验参数。
2014-10-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Superconducting Low-Inductance Undulatory Galvanometer Microwave Amplifier
介绍了一种基于超导低感波动电流计（SLUG）的微波放大器。SLUG嵌入在微带谐振器中，信号电流直接注入器件环路。在30 mK下的测量结果显示，在3 GHz下增益为25 dB，在9 GHz下增益为15 dB。放大器的性能很好地描述了一个简单的数值模型的基础上的约瑟夫森结相位动力学。我们期望基于高临界电流结的优化器件在5-10 GHz的频率范围内实现大于15 dB的增益、数百MHz的带宽和一阶量子的附加噪声。
2011-09-23 cond-mat.supr-con quant-ph
Stabilization of in-phase fluxon state by geometrical confinement in small Bi-2212 mesa structures
同相（矩形）磁通晶格是实现堆叠约瑟夫森结的相干太赫兹辐射所必需的。不幸的是，它通常是不稳定的，由于相互排斥的磁通子在相邻的结，这有利于异相（三角形）晶格。在这里，我们实验研究磁场调制的临界电流在小的Bi-2212台面结构具有不同的尺寸。当磁场严格平行于超导CuO平面时，观察到明显的类夫琅和费调制。对于长台面，调制的周期性等于每个本征约瑟夫森结的通量量子的一半，对应于三角形通量晶格。然而，通过减小台面的长度和增加磁场，周期性被改变为一个通量量子，这是矩形通量晶格的特征。因此，我们证明了在小的Bi-2212台面结构中，通过几何限制可以有效地稳定静止的同相通量态。
2009-03-20 cond-mat.supr-con
Terahertz emission from mutually synchronized standalone Bi2Sr2CaCu2O8+x intrinsic-Josephson-junction stacks
本文证明独立BSCCO本征约瑟夫森结堆叠可通过共享公共金层实现相互同步，在745-765 GHz范围内表现出±0.4 GHz的相位相关性，为缓解焦耳热限制、同步更多堆叠并提高太赫兹辐射功率提供了新途径。
2024-05-31 cond-mat.supr-con
Josephson junction microwave modulators for qubit control
我们展示了基于约瑟夫森结的双平衡混频器和移相器电路，工作在6-10 GHz，并集成这些组件来实现单片幅度/相位矢量调制器和正交混频器。这些器件由通量信号驱动，不消耗芯片上的功率，输入饱和功率超过1 nW，并为超导量子位的集成控制提供低温微波调制解决方案。
2017-02-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Microwave Photon Counter Based on Josephson Junctions
本文描述了一种基于电流偏置约瑟夫森结的微波光子计数器。该结被调谐为从入射场吸收单个微波光子，之后它隧穿到经典可观察的电压状态。使用两个这样的探测器，我们已经进行了微波版本的汉伯里布朗和Twiss实验在4 GHz的，并证明了一个明确的签名的光子聚束的热源。这种设计很容易扩展到数十个平行的结，这种配置将允许对微波光子进行数字分辨计数。
2011-11-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Nano-ploughed Josephson Junctions as on-chip Radiation Sources
提出了一种新的技术，使高透明的约瑟夫森结与介观器件相结合的制造。我们利用修改后的AFM针尖犁槽到超导材料，从而定义了一个薄弱环节。这种薄弱环节是在超导分裂门内形成的，超导分裂门用于静电形成传统的量子点，并用作100 GHz左右的毫米波辐射源。我们展示了典型结的特性，并讨论了它们的高频特性。我们发现，毫米波发射的弱链接导致的辐射热效应的情况下，量子点接触光谱。
1998-12-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Radiation comb generation with extended Josephson junctions
我们提出了一种基于扩展约瑟夫森结的约瑟夫森辐射梳状发生器（JRCG）的实现方式。结临界电流显示已知的衍射图案，并确定当它消失时的关键节点的位置。当磁通量通过这样的临界节点之一时，超导相必须经历$π$-跳跃以使约瑟夫森能量最小化。相应地，在结的极端处产生电压脉冲。在周期性驱动下，这允许我们产生梳状电压脉冲序列。在频域中，可以产生高达数百个基本驱动频率的谐波，从而模仿光学和计量中使用的频率梳。我们讨论了几种实现通过一个矩形，圆柱形和环形结的几何形状，使我们能够产生不同的辐射光谱，并产生一个输出功率高达$10$~pW在$50$~GHz的驱动频率为$100$~MHz。
2015-09-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Josephson radiation and shot noise of a semiconductor nanowire junction
利用交流耦合超导隧道结中的光子辅助准粒子隧穿效应测量了InSb半导体纳米线结的约瑟夫森辐射。我们通过评估纳米线结的非弹性库珀对隧穿的频率依赖性来量化局部微波环境的作用，并找到截止频率为$f_0=33.1\,$ GHz的零频率阻抗$Z(0)=492\,Ω$。我们提取的电路耦合效率的$η\approx 0.1$和探测器的量子效率接近统一的高频极限。除了约瑟夫森辐射，我们确定了一个散粒噪声的贡献与Fano因子$F\approx1$，一致的纳米线通道中存在的单电子态。
2017-10-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
The impact of parameter spread of high-temperature superconducting Josephson junctions on the performance of quantum-based voltage standards
该研究利用电阻分路结模型模拟万个 Josephson 结，量化临界电流与电阻离散对 50 GHz 第一 Shapiro 台阶的影响，并给出电压标准阵列的参数容限。
2025-06-15 cond-mat.supr-con quant-ph
Study of microwave resonances induced by bias lines of shunted Josephson junctions
本研究针对分流约瑟夫森结偏置线耦合产生的不必要微波谐振问题，建立了对应电学模型，采用LCL T型模型仿真预测谐振，经JSIM仿真验证与实验吻合，并探究了串联电阻对谐振的抑制作用。
2020-06-22 cond-mat.supr-con physics.app-ph
Graphene-based Josephson junction microwave bolometer
灵敏的微波探测器是射电天文学、暗物质轴子研究和超导量子信息科学中的关键仪器。实现更高灵敏度测辐射热的传统策略是纳米制造更小的设备以增强热响应。然而，这一方向越来越难以获得有效的光子耦合，并在具有大表面积与体积比的器件中保持材料特性。在这里，我们将这个概念推进到基于单层石墨烯的最终薄的测辐射热传感器。利用超导体石墨烯微小的电子比热和热导率，研制了一种超导体石墨烯超导体（SGS）约瑟夫森结测辐射热计，该测辐射热计嵌入谐振频率为7.9GHz的微波谐振腔中，耦合效率超过99%.从约瑟夫森开关电流对工作温度、电荷密度、输入功率和频率的依赖关系，我们证明了噪声等效功率（NEP）为7 $\times 10^{-19}$ W/Hz $^{1/2}$，对应于32 GHz的单光子能量分辨率，在0.19 K时达到了本征热涨落的基本极限。
2020-11-05 astro-ph.IM cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci
Phase-dependent microwave response of a graphene Josephson junction
嵌入微波环境中的门可调谐约瑟夫森结为原位工程和优化新型超导量子线路提供了一个有前途的平台。电路设计的关键量是结的相位相关复导纳，它可以通过用谐振电路感测rf SQUID来探测。在这里，我们研究了石墨烯为基础的约瑟夫森结作为一个原型门可调元件封装在一个SQUID环，电感耦合到一个超导谐振器工作在3 GHz。用一个简洁的电路模型描述了耦合系统的色散和耗散响应，我们提取了SQUID环的自屏蔽校正的相位相关结导纳。我们将导纳分解为电流-相位关系和相位相关损耗，由于这些量是由超导Andreev束缚态的光谱和种群动力学决定的，因此我们可以深入了解结中的微观输运机制。我们从理论上重现实验结果，考虑到一个短的，扩散结模型，考虑到安德烈耶夫光谱和电磁环境之间的相互作用，从中我们推导出的非平衡人口的寿命为~17 ps。
2021-08-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
High Saturation Power Josephson Parametric Amplifier with GHz Bandwidth
本文设计并模拟了一个带宽超过1.6GHz的约瑟夫森参量放大器，其饱和功率接近-90dBm，增益为22.8dB。通过使用公认的阻抗匹配技术，实现了带宽比现有技术大约提高50倍。通过将约瑟夫森非线性元件实现为具有总共40个结的rf-SQUID阵列，实现了饱和功率相对于现有技术的大约100倍的改进。电路的WRSpice仿真与计算的增益和饱和特性非常一致。
2017-10-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.ins-det
Antibunched photons emitted by a dc biased Josephson junction
我们的实验表明，直流偏置的约瑟夫森结与一个足够高的阻抗微波谐振器串联发射反聚束光子。我们的谐振器是由一个简单的微制造的螺旋线圈，谐振频率为4.4 GHz，达到1.97 k $Ω$的特性阻抗。从谐振腔泄漏出的功率的二阶关联函数在零延迟处下降到0.3，这表明由电路以每秒6个$10^7$光子的速率发射的光子的反聚束。结果发现与我们的理论预测定量一致。这个简单的方案可以提供一个有效的和明亮的单光子源在微波领域。
2019-05-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Phase dynamics of inductively coupled intrinsic Josephson junctions and terahertz electromagnetic radiation
与库珀对量子隧穿相关的约瑟夫森效应表现为超导相位差与偏置电流和偏置电压之间的非线性关系。微波辐照下约瑟夫森结的直流电流-电压（IV）特性出现了夏皮罗阶跃等新现象，可作为电压标准。然而，约瑟夫森效应提供了一种独特的方式来产生高频电磁（EM）辐射的直流偏置电压。铜氧化物高温超导体的发现加速了开发基于原子密集堆积的本征约瑟夫森结（IJJ）堆叠的新型电磁波源的努力，因为大的超导能隙覆盖了整个太赫兹频带。最近，已经成功地从$\rm{Bi_2Sr_2CaCu_2O_{8+δ}}$单晶的台面结构产生了强且相干的太赫兹辐射，该台面结构既用作能量增益源又用作谐振腔。理论上发现，由于纳米结的分离和材料的$\rm{μm}$量级的大伦敦穿透深度，在耦合sine-Gordon系统中，由于IJJ之间的巨大电感耦合，产生了一种新的动力学状态，其中相位差的$\pm π$扭结响应于约瑟夫森等离子体的驻波而发展，并在c轴上交替堆叠。电感耦合正弦戈登方程的这种新的解决方案捕捉到了实验观测的重要特征。该理论预测的最佳辐射功率比迄今为止可用的辐射功率大几个数量级，因此表明了该现象的技术相关性。
2010-02-15 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
