Quasiparticle dynamics in granular aluminum close to the superconductor to insulator transition
超导高动态电感元件是量子线路设计和毫米波探测的宝贵资源。颗粒铝（GrAl）在超导体系中是一种特别令人感兴趣的材料，因为它已经显示出在nH $/\Box$范围内的动力学电感，并且其沉积与传统的Al/AlOx/Al约瑟夫森结制造兼容。我们表征微波谐振器制作的GrAl与室温电阻率为$4 \times 10^3\,μΩ\cdot$厘米，这是一个因素的3以下的超导体到绝缘体的过渡，表现出动力学电感分数接近统一。测得的内部品质因数是在单光子制度的$Q_{\mathrm{i}} = 10^5$的顺序，我们表明，非平衡准粒子（QP）构成的主要损失机制。我们提取的QP弛豫时间在1秒的范围内，我们观察QP突发每$\sim 20$ s。目前GrAl谐振器的相干性水平使得它们对于量子器件中的集成具有吸引力，同时它也证明了需要降低非平衡QP的密度。
2018-02-07 cond-mat.supr-con
Tunneling study in granular aluminum near the Mott metal-to-insulator transition
我们发现在超导颗粒铝膜的隧穿和光学电导率的差距值之间的协议，金属到绝缘体的过渡。这种行为与最近报道的原子无序样品中的光学带隙变得小于隧穿带隙形成强烈对比，表明无序不是过渡的起源。强耦合比的大幅度增加和在金属-绝缘体转变附近的T_c处的有限带隙值与BCS-BEC交叉相一致。
2021-07-29 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Granular aluminum: A superconducting material for high impedance quantum circuits
超导量子信息处理机主要基于具有相对低的特性阻抗（约100欧姆）和小的非谐性的微波电路，这会限制它们的相干性和逻辑门保真度。一种有前途的替代方案是基于所谓的超级电感器的电路，其特性阻抗超过电阻量子$R_Q = 6.4$ k $Ω$。然而，以前的超级电感器的实现，由介观约瑟夫森结阵列组成，可以在量子位附近引入非预期的非线性或寄生谐振模式，降低其相干性。在这里，我们提出了一个fluxonium量子位设计使用颗粒铝（grAl）超导带。粒状铝是一种特别有吸引力的材料，因为它可以自组装成具有非常高的动态电感的有效结阵列，并且其制造可以与标准铝电路加工原位集成。测量的量子位相干时间$T_2^R$高达30 $μ$ s，说明了grAl的应用范围从保护量子位设计到量子限制放大器和检测器的潜力。
2018-09-27 cond-mat.supr-con quant-ph
Onset of phase diffusion in high kinetic inductance granular aluminum micro-SQUIDs
超导颗粒铝由于其高动态电感和低损耗而引起越来越多的关注，有利于其在动态电感粒子探测器、超导谐振器或量子比特中的应用。我们进行开关电流测量DC-SQUID，通过引入两个相同的几何收缩颗粒铝环的各种正常状态的结晶度范围从$ρ_\mathrm{n} = 250\,μΩ\mathrm{cm}$到$5550\,μΩ\mathrm{cm}$。SQUID回路的相对高的动力学电感（在数十nH的范围内）导致所测量的开关电流相对于磁通量的调制的抑制，伴随着朝向三角形形状的失真。我们观察到的开关电流直方图的温度依赖性的变化，增加正常状态的膜电阻率。这种行为表明，超导相的扩散运动的开始跨越收缩的二维搓衣板潜在的SQUID，这可能是由当地的电磁环境的变化，增加正常状态的电导率的薄膜。
2019-08-29 cond-mat.supr-con quant-ph
Mott transition in granular aluminum
$μ$ SR测量直接证明了颗粒状Al膜中自由自旋的存在。通过探测纳米尺寸的金属颗粒被逐步去耦时传导电子的自旋翻转散射率的增加，观察到莫特转变。根据有效费米能对磁阻的分析表明，在室温电阻率为$ρ\approx 50,000~μΩ~cm$时，磁阻变为晶粒静电充电能的量级，在室温电阻率下，已知存在金属到绝缘体的转变。当接近这种转变时，磁阻表现出类似重费米子的行为，与增加的电子有效质量一致。
2014-07-28 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Circuit Quantum Electrodynamics of Granular Aluminum Resonators
晶体缺陷或掺杂剂的引入可以产生所谓的“脏超导体”，其特征在于减少的相干长度和准粒子平均自由程。特别是颗粒超导体，如颗粒铝（GrAl），由通过约瑟夫森接触连接的非常均匀的晶粒组成，由于其丰富的相图和实用优势，如增加的临界温度，临界场和动态电感。在这里，我们报告的测量和建模电路量子电动力学性能的GrAl微波谐振器在一个宽的频率范围内，直到频谱超导能隙。有趣的是，我们观察到自克尔系数范围从$10^{-2}$ Hz到$10^5$ Hz，在一个数量级内，从分析计算的基础上GrAl微观结构。这种顺从的非线性，结合相对较高的品质因数在$10^5$范围内，打开了新的途径，应用在量子信息处理和动力学电感检测器。
2018-02-07 cond-mat.supr-con quant-ph
Superconducting granular aluminum resonators resilient to magnetic fields up to 1 Tesla
高动态电感材料是超导量子线路和混合结构的重要材料。超导颗粒铝（grAl）达到nH/ $\square$范围内的动力学片电感，在超导量子比特和微波探测器中具有证明的适用性。在这里，我们表明，单光子内部品质因数$Q_{\mathrm{i}}$的grAl微波谐振器超过$10^5$在磁场高达1 T，在平面内对齐的grAl膜。在0.5 mT范围内的小垂直磁场使$Q_{\mathrm{i}}$增强约15%，这可能是由于引入了以磁通子形式存在的准粒子陷阱。进一步增加垂直场会使谐振器的品质因数劣化。这些结果打开了大门，使用高动力学电感grAl结构的电路量子电动力学和混合架构与磁场的要求。
2020-06-11 cond-mat.supr-con quant-ph
Microscopic charging and in-gap states in superconducting granular aluminum
随着超导颗粒铝（grAl）作为高阻抗量子线路材料的出现，未来的发展取决于对其相图的微观理解，以及超导体到绝缘体的转变（SIT）是否由无序或充电效应驱动。除了基本的相关性之外，这些机制还控制着微波电路中的噪声和耗散。虽然颗粒超导体的临界温度和SIT的增强已经研究了50多年，但实验研究迄今为止提供的微观现象的信息不完整。在这里，我们提出了扫描隧道显微镜测量超导grAl的局部电子结构。我们确认增加超导间隙在个别晶粒附近和以上的莫特电阻率$ρ_\mathrm{M} \approx 400\ μΩcm$。在$ρ_\mathrm{M}$之上，我们发现库仑充电效应，这是去耦的第一个迹象，以及单个晶粒上的间隙状态，这可能会导致量子器件中的通量噪声和介电损耗。我们还观察到多个低能态的间隙外，这可能表明玻色子激发的超导序参量。
2019-11-08 cond-mat.supr-con quant-ph
Granular superconductors for high kinetic inductance and low loss quantum devices
粒状铝是一种很有前途的高动态电感器件材料，如量子比特电路。与NbN_x等原子无序材料相比，它具有保持高动力学电感和高品质因数的优点。我们表明，高品质的纳米尺度的颗粒状铝膜具有尖锐的超导转变与正常状态的电阻率值的数量级为1 × 10^5 μΩcm和动力学电感值的数量级为10 nH/sq，可以获得，超过了国家的最先进的值。我们认为，这是一个结果的不同性质的金属到绝缘体的过渡，电子相关驱动（莫特型）在前者和无序驱动（安德森型）在后者。
2020-08-06 cond-mat.supr-con
Implementation of a transmon qubit using superconducting granular aluminum
本文利用小体积颗粒铝与薄膜铝电容并联构建了transmon量子比特，通过多光子跃迁和共振荧光测量验证其非谐性远大于线宽，并展示了对磁场的高耐受性。
2023-10-27 cond-mat.supr-con quant-ph
Optical signatures of the superconducting Goldstone mode in granular aluminum: experiments and theory
无序薄膜、异质结构和界面的实验生长和控制的最新进展为观察和表征打破$U(1)$规范对称性后出现在$T_c$下方的集体超导激发提供了肥沃的土壤。在这里，我们结合太赫兹实验在纳米结构的颗粒状铝薄膜和理论计算，以证明存在的光学活性相模式，这代表的Goldstone激发的破缺规范对称性。通过测量复杂的传输通过样品，我们确定了一个相当大的和温度依赖的光学子隙吸收，这不能归因于准粒子激发。这种材料作为一个无序的约瑟夫森阵列的纳米颗粒的定量建模，使我们能够确定，没有自由参数，壳效应引起的空间不均匀性的结构。除了负责增强的临界温度相对于散装铝，在过去已经观察到，这种空间的不均匀性提供了一种机制的戈德斯通模式的光学可见性。通过显式计算超导相位涨落的光谱，我们得到了对实验数据较好的定量描述。我们的研究结果表明，纳米颗粒阵列是一个很有前途的设置研究和控制集体超导激发通过光学手段。
2017-05-09 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Anomalous Frequency Shift in Low-Loss Superconducting Granular Aluminum Resonators
Alice & Bob；Yale University（耶鲁大学）
该研究针对低损耗grAl谐振器，发现其最低温度下谐振频率随温度和读取功率升高而增加的异常行为，提出空间非均匀能隙超导准粒子机制解释部分数据，为量子器件损耗机制研究提供新参考。
2026-09-01 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con quant-ph
Gralmonium: Granular Aluminum Nano-Junction Fluxonium Qubit
本研究提出用光刻定义的颗粒铝纳米结替代传统约瑟夫森结构建fluxonium量子比特，实现了与标准fluxonium无法区分的光谱，并展现出高能量弛豫时间和对微观缺陷的高灵敏度诊断能力。
2022-09-05 cond-mat.supr-con quant-ph
Onset of Nernst Effect Beyond the Coherence Critical Field of a Nano-Scale Granular Superconductor
我们报告测量的能斯特效应和颗粒铝膜附近的金属到绝缘体的转变的磁阻。这些薄膜显示出作为温度和磁场的函数的急剧转变。在低温下，能斯特信号在超过90%的正常状态电阻已经恢复的场处显示出尖锐的峰值，这表明在超导相干性被破坏后涉及熵输运的转变。在高于临界温度的温度下，波动介导率与能斯特信号成比例，与序参量波动的描述一致。
2014-12-03 cond-mat.supr-con
Granular aluminum induced superconductivity in germanium for hole spin-based hybrid devices
ISTA, Institute of Science and Technology Austria（奥地利科学技术研究所）；Quantum Advanced Research Center (QuARC), Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)（西班牙高等科学研究理事会量子先进研究中心）；Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM), Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)（西班牙高等科学研究理事会马德里材料科学研究所）
研究通过颗粒铝在锗异质结上诱导强超导能隙，实现空穴物理特征和g张量调谐，突破小in-plane g因子材料的挑战。
2026-08-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Microresonators fabricated from high-kinetic-inductance Aluminum films
我们研究了由无序（颗粒）铝膜制备的超导共面波导（CPW）谐振器。非常高的动力学电感，这些薄膜，固有的无序材料，使我们能够实现超短（200 $μ$ m在5 GHz的谐振频率）和高阻抗（高达5 k $Ω$）半波长谐振器。我们已经表明，在这些谐振器中的固有损耗在温度$\lesssim 250$ mK是有限的谐振器耦合到环境中的二能级系统。所展示的内部品质因数与常规超导体制成的共面波导谐振器的品质因子相当。高的动力学电感和众所周知的损耗使得这些无序铝谐振器有希望用于广泛的微波应用，包括动力学电感光子探测器和超导量子线路。
2018-06-30 cond-mat.supr-con physics.app-ph
The paraconductivity of granular Al-films at high reduced temperatures and magnetic fields
测量了不同颗粒铝膜在超导转变附近由热涨落引起的电导率。在高温和磁场下的反常行为可以通过考虑超导涨落谱中的总能量截止来解释，其中包括对涨落效应的直接贡献（Aslamazov-Larkin）和间接贡献（反常Maki-Thompson）.分析允许可靠地确定相干长度幅度，其导致比晶粒尺寸（5-10 nm）大得多（20-48 nm）。这表明晶粒是强约瑟夫森耦合的，而Tc值仍然高达本体值的两倍。这些结果可能有助于确定这些材料中提高Tc的机制。
2019-09-09 cond-mat.supr-con
Enhanced superconductivity, Kondo behavior and negative-curvature resistivity of oxygen-irradiated thin films of aluminium
我们跟踪了在环境温度下，在各种连续的氧照射的每个会话后，Al薄膜的正常和超导性质的演变。这种辐照薄膜，类似于颗粒的，表现出增强的超导性，近藤行为和负曲率电阻率。氧的两个不同的角色被确定为：作为一个造成损害的抛射体和作为一个植入的氧化剂。前者引起涉及常规回收阶段的过程。后者，被认为是在Cabrera-莫特模型的背景下，产生了一个多步骤的过程，其中涉及电荷转移和创建稳定的空位和带电缺陷。基于这个多步过程的结果，我们认为（i）负曲率电阻率是热辅助释放俘获电荷的表现，（ii）近藤贡献是顺磁性色心型缺陷的自旋翻转散射，以及（iii）由于稳定的缺陷和空位促进了晶格软化，因此增强了T_{c}。颗粒状和辐照薄膜的相图以及老化效应的相似性沿着相同的推理路线进行了讨论。
2017-02-22 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Observation of giant two-level systems in a granular superconductor
本文通过机械应变与电场实验，在颗粒铝薄膜中发现偶极矩高达30 eA的强耦合两能级系统，并指出其更常出现于高电阻率薄膜。
2023-12-15 cond-mat.supr-con
Random telegraph fluctuations in granular microwave resonators
本文测量高正常态电阻的超导颗粒铝微波谐振器，在1/f噪声之外发现类似随机电报信号的过量噪声，并揭示其依赖电阻率与温度而非微波功率。
2023-03-02 cond-mat.supr-con
Weak Localization and Magnetoconductance in Percolative Superconducting Aluminum Films
Kyushu University（九州大学）
研究了超导铝膜中从均匀行为到非均匀（渗流）行为的过渡，通过测量电阻率与温度和磁场的关系，确定了电子扩散指数及渗流理论中的临界指数。
2026-03-19 cond-mat.supr-con
Finite bias dependent evolution of superconductor-insulator transition and Zero Bias Conductance in boron doped nanodiamond films
我们报告在重掺硼纳米金刚石（BNCD）薄膜，这是没有看到在传统的（s波）颗粒超导体的输运功能。观测结果包括超导转变温度附近的异常电阻峰以及电流-电压谱中的强零偏电导峰。系统地研究了有限偏置电流对电阻峰值演化的影响。临界温度附近的电阻-温度曲线的形状被认为是强烈的影响由磁场和偏置电流。随着偏置电流的降低，电阻峰值变得更加明显，而当磁场变化时，峰值向较低温度移动，电阻上升显示出二次温度依赖性，如近藤转变所预期的。我们发现，一些运输功能，如电阻峰高，零偏置导电峰的高度和宽度，以及磁阻峰规模根据幂律依赖。我们解释这些功能作为一个电荷近藤效应的结果，空穴掺杂剂作为简并近藤杂质通过打开额外的赝自旋散射通道。
2017-10-14 cond-mat.supr-con
Magnetic characterization of sintered MgB2 samples: effect of the substitution or doping with Li, Al and Si
粉末和烧结的MgB2样品的特征在于通过从T = 5 K到高于约39 K的转变温度几度进行的磁性测量。我们发现，烧结的样品表现为良好的连接体，显示没有痕迹的粒度。为了获得临界电流密度值Jc，因此以直接的方式采用临界状态模型。为了减少电子平均自由程或增加其Jc，我们尝试通过不同的程序在MgB2结构中引入缺陷：在镁位点上取代锂和用铝和硅掺杂前体硼粉末。在Jc方面的最佳结果已经通过硅掺杂实现，此外，其不会显著影响转变温度。
2001-06-07 cond-mat.supr-con
Enhanced Cooper Pairing via Random Matrix Phonons in Superconducting Grains
本文提出随机矩阵声子比块体声子更有效地介导库珀配对，从而解释颗粒超导体中转变温度升高的现象，并通过 Eliashberg 理论数值求解和 Weyl 定律揭示声子态密度增强与颗粒周长面积比的关系，在铝膜中验证了约10%的 $T_{c}$ 增强。
2024-08-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Vanishing Phase Stiffness and Fluctuation-Dominated Superconductivity in UTe$_2$
Cornell University（康奈尔大学）；University of Maryland（马里兰大学）；University of Wisconsin–Milwaukee（威斯康星大学密尔沃基分校）；Canadian Institute for Advanced Research（加拿大高级研究院）
UTe₂在高压下表现出波动主导的超导性，其源于反带配对通过铁磁波动驱动，导致极低的超流相刚度和局部库珀对。
2026-10-09 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Reentrant superconductivity and superconductor-to-insulator transition in a naturally occurring Josephson junction array tuned by RF power
本研究在天然约瑟夫森结阵列结构的颗粒铝系统中，发现射频功率可调控随温度和磁场变化的重入超导现象，实现超导态到绝缘态的切换，揭示了多体关联效应，可作为凝聚态复杂现象的量子模拟器。
2025-09-02 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
