Critical Temperature tuning of Ti/TiN multilayer films suitable for low temperature detectors
本文介绍了用于动态电感探测器的Ti/TiN多层膜的设计和测试的最新进展。基于亚化学计量TiN膜的传感器通常用于若干应用中。然而，难以控制目标临界温度$T_C$、维持氮掺入过程的精确控制和获得生产均匀性。为了避免这些问题，我们研究了多层Ti/TiN膜，其表现出高均匀性，加上高品质因数、动态电感和TiN的惰性。这些特点是理想的实现微谐振器探测器的天文仪器的应用程序，也为中微子物理学领域。使用纯Ti和化学计量的TiN，我们开发和测试了不同的多层结构，根据Ti/TiN层的数量和不同的中间层厚度。目标是达到$(1÷1.5)$ K附近的临界温度$T_C$，以便具有低的能隙和较慢的复合时间（即低的产生-复合噪声）。结果表明，适当地选择Ti厚度在$(0÷15)$ nm范围内，TiN厚度在$(5÷100)$ nm范围内，可以在$(0.5÷4.6)$ K温度范围内调谐TiN转变
2013-11-25 cond-mat.supr-con physics.ins-det
Homogeneous superconducting phase in TiN film : a complex impedance study
用几个高灵敏度的GHz微谐振器测量了高电阻率92 μΩ cm、厚100 nm的TiN超导薄膜的低频复阻抗，测量范围可达Tc/50。动态电感的温度依赖性密切遵循BCS局部电动力学，具有一个定义良好的超导能隙。这证明了TiN中均匀超导相的恢复远离无序和成分驱动的转变。此外，我们观察到谐振器品质因数和频率温度变化之间的线性关系，这可以通过双流体模型来描述。
2012-12-06 cond-mat.supr-con
A titanium-nitride near-infrared kinetic inductance photon-counting detector and its anomalous electrodynamics
我们演示了单光子计数在1550 nm的氮化钛（TiN）微波动力学电感探测器。能量分辨率为0.4 eV，到达时间分辨率为1.2微秒。0-，1-，2-光子事件的解决，并遵循泊松统计。我们发现，随温度变化的频率偏移偏离Mattis-Barclay理论，并且耗散响应在低温下表现出比频率响应更短的衰减时间。我们认为观察到的异常电动力学可能与无序TiN薄膜中的准粒子陷阱或亚能隙态有关。最后，从脉冲响应导出电子态密度。
2012-08-03 astro-ph.IM cond-mat.supr-con physics.optics
Hybrid rf SQUID qubit based on high kinetic inductance
我们报道了射频SQUID（超导量子干涉器件）量子比特的发展和微波特性，该量子比特由铝基约瑟夫森结嵌入在由具有高动态电感的TiN薄膜图案化的超导回路中组成。在这里，我们证明了该系统可以提供小的物理尺寸，高的非谐性，和小的分散的设备参数。这种混合器件可以作为工具，进一步揭示完全由无序超导薄膜形成的相移纳米线量子比特中薄膜耗散和退相干的起源。
2017-09-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Superconducting TiN Films Sputtered over a Large Range of Substrate DC Bias
我们研究了在大范围的射频感应直流偏压下溅射的氮化钛（TiN）超导薄膜的性质。用最大偏压生长的薄膜含有立方TiN相，具有大部分的（200）晶体生长取向。这些薄膜还含有最小浓度的氧杂质，导致化学计量的TiN。在偏置范围内，测量了从轻微拉伸到高度压缩的应力变化，并与（200）生长的结晶度相关。该薄膜具有高度均匀的厚度和电阻率，并显示出生产可重复的低温设备的潜力。最后，共面谐振器制作的薄膜表现出高的动力学电感和品质因数，后者是从温度依赖的频率偏移的一部分。
2014-10-24 cond-mat.supr-con
Microwave properties of superconducting atomic-layer deposited TiN films
我们用原子层沉积法生长了厚度为6 ~ 89 nm的TiN超导薄膜。这种沉积方法允许我们通过控制薄膜厚度来调节电阻率和临界温度。使用共面波导谐振器测量了微波特性，我们发现内部品质因数超过一百万，高片电感（5.2-620 pH），脉冲响应时间高达100 μs。薄膜的高正常态电阻率（> 100 μΩcm）影响超导状态，从而影响电动力学响应。微波响应建模使用准粒子的状态密度修改与一个有效的对断路器，一致地描述测量的温度依赖性的品质因数和谐振频率。
2012-12-18 cond-mat.supr-con
Strong kinetic-inductance Kerr nonlinearity with titanium nitride nanowires
无序超导薄膜如氮化钛（TiN）在单光子水平上表现出大的动力学电感（KI）、高的临界温度和大的品质因数。KI非线性可以被利用作为约瑟夫森结的替代物，用于创建具有在更高频率和升高的温度下操作的潜力的新型非线性量子器件。我们研究了一种放大KI非线性的方法，通过用小体积的$V \simeq 10^{-4}\text{um}^3$来限制纳米线中共振电磁模式的电流密度。利用这一概念，我们实现了微波频率克尔腔的最大克尔位移每光子的$K/2π= 123.5 \pm 3$ kHz和报告的非线性线宽比$K/γ= 21\%$。通过改进设计，我们的器件有望接近毫米波光谱中的强量子非线性机制。
2022-07-30 cond-mat.supr-con quant-ph
Kinetic Inductance and nonlinearity of MgB2 Films at 4K
本研究制备并表征了用于量子受限NLKI器件的MgB₂薄膜，通过CPW传输线和谐振器测量其非线性动力学电感，得到的非线性电流参数相关性能优于或接近其他超导体。
2024-10-29 cond-mat.supr-con
Room temperature reactive sputtering deposition of titanium nitride with high sheet kinetic inductance
本研究通过室温反应溅射制备出高面内动力学电感的氮化钛超导薄膜，其阻抗、克尔非线性等性能优异，结合较高临界温度，为混合量子系统、量子传感及高温工作超导器件提供了有前景的平台。
2025-09-17 cond-mat.supr-con
Magnetization dynamics in proximity-coupled superconductor-ferromagnet-superconductor multilayers. Part II
在这项工作中，我们研究了超导-铁磁-超导薄膜结构中的磁化动力学。宽带铁磁共振光谱的结果报告了一个大的样品组具有不同的厚度的超导和铁磁层在宽的频率，字段和温度范围。实验上建立了超导转矩对磁化动力学的一维各向异性作用，揭示了其对层厚的依赖关系。结果表明，实验结果支持了最近提出的超导转矩形成机制，即超导转矩是通过超导体-铁磁体界面处的超导动力学电感和磁化进动之间的相互作用而形成的。
2022-08-05 cond-mat.supr-con physics.app-ph
Titanium Nitride Films for Ultrasensitive Microresonator Detectors
氮化钛（TiNx）薄膜是用于超导微谐振器探测器的理想材料，因为：a）临界温度随组成而变化（0 < Tc < 5 K）; b）正常状态电阻率大，ρ_n ~ 100 $μ$ Ohm cm，促进有效的光子吸收并提供大的动力学电感和探测器响应度; c）TiN薄膜非常硬且机械坚固。使用反应溅射TiN薄膜的谐振器显示出非常低的损耗（Q_i > 10 ^7），并且具有与使用其他材料制成的谐振器相似的噪声特性，而准粒子寿命相当长，为10-200 $μ$ s。因此，TiN微谐振器的灵敏度应远低于10^-19 WHz^（-1/2）。
2010-08-09 cond-mat.supr-con physics.ins-det
Practical tests of neutron transmission imaging with a superconducting kinetic-inductance sensor
使用超导（Nb）中子成像系统，采用延迟线技术，在以前的研究中被证明具有高的空间分辨率的样品进行了检查。我们发现中子透射和扫描电子显微镜（SEM）图像的Gd岛的尺寸在15和130微米之间的热喷涂到Si衬底上的良好的对应关系。中子透射图像可以用来识别在Si衬底上的热喷涂连续Gd 2 O3膜中的微小空隙，这在SEM图像中是看不到的。我们还发现，中子透射图像揭示了斑图形成，马赛克的功能和共存的树枝状相在伍德的金属样品的组成元素铋，铅，锡和镉。这些结果表明，电流偏置动力学电感探测器（CB-KID）系统的优点，在材料科学的实际研究。此外，我们发现，与以前在4 K下进行的研究相比，在更佳的温度（7.9 K）下操作检测器明显提高了有效检测效率。这是因为超导曲折线平面中的热点的有效尺寸随着温度而增加，这使得粒子探测更有可能。
2021-05-08 cond-mat.supr-con nucl-ex
Nonlinear Properties of Supercurrent-Carrying Single and Multi-Layer Thin-Film Superconductors
Cavendish Laboratory（卡文迪许实验室）
本文基于广义Usadel方程分析超流体薄膜的非线性特性，研究了超流体对密度态、临界电流、阻抗等参数的影响，为优化探测器和放大器设计提供理论支持。
2019-12-17 cond-mat.supr-con
Optical Properties of TiN Thin Films close to the Superconductor-Insulator Transition
本文研究了沉积在Si/SiO $_2$衬底上的TiN薄膜在宽光谱范围内的本征光学性质。我们分析了测量的反射率光谱的薄膜-衬底多层结构内的一个良好建立的程序的基础上的菲涅耳方程和提取的TiN的光学电导率的实部。我们确定了金属的贡献，以及有限的能量激发和解开它们之间的光谱重量分布。TiN的吸收光谱与在高温超导体正常状态下观察到的电动力学响应具有某些相似之处。特别是，在光学电导率中的中红外特征是相当令人想起的赝隙样激发。
2009-08-13 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Dual-Resonator Kinetic-Inductance Detector for Distinction between Signal and 1/f Frequency Noise
针对动电感探测器受材料1/f噪声限制的问题，提出共享电容桥的双谐振器DuRKID结构，利用模式杂化区分光子信号与二能级系统噪声，实验验证调谐与杂化特性，理论模拟证实其具备显著性能优势。
2023-12-12 cond-mat.supr-con quant-ph
Isotropic plasma-thermal atomic layer etching of superconducting TiN films using sequential exposures of molecular oxygen and SF$_6/$H$_2$ plasma
针对超导TiN薄膜刻蚀损伤问题，提出基于分子氧和SF$_6$/H$_2$等离子体顺序暴露的各向同性等离子体-热原子层刻蚀工艺，实现了自限制刻蚀与低损伤超导特性。
2023-07-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
A superinductor in a deep sub-micron integrated circuit
UCL（伦敦大学学院）；University of Cambridge（剑桥大学）；Imperial College London（帝国理工学院）
本研究利用22nm FDSOI工艺原生TiN薄膜的高动态电感，在硅集成电路中实现超电感器，基于此制备的rfSET灵敏度提升超两个数量级、面积缩小万倍，可支撑多领域相关应用。
2025-11-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Operation of a high-frequency, phase-slip qubit
University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）；Sapienza Università di Roma（罗马第一大学）
研究基于氮化钛（TiN）结的超导量子比特，通过量子相位滑移构建，在零磁通下操作，频率约17GHz，实现读出、相干控制，寿命>60μs，能在超300mK温度下运行，为超导量子信息处理增添新工具并开辟新途径。
2026-07-13 cond-mat.supr-con quant-ph
In-plane anisotropy of electrical transport in Y$_{0.85}$Tb$_{0.15}$Ba$_2$Cu$_3$O$_{7-x}$ films
本研究制备了Tb取代的YBaCuO薄膜，发现其电输运在超导和正常态均呈现面内各向异性，证实无孪晶结构，并利用Tinkham和BKT模型解释电阻转变，为BKT研究和动力学电感器件提供平台。
2023-11-16 cond-mat.supr-con
A frequency and sensitivity tunable microresonator array for high-speed quantum processor readout
超导微谐振器已被成功地用作各种应用的检测元件。由于每条传输线的多路复用系数超过1，000个探测器，它们是迄今为止最具可扩展性的低温探测器技术。对于高吞吐量应用，可以将较少的检测器耦合到单根导线，但利用较大的每个检测器带宽。对于所有现有的设计，制造公差的波动导致谐振频率和灵敏度的不均匀偏移，这最终限制了带宽利用的效率。在这里，我们提出了一个超导微谐振器读出集成两个可调电感每个检测器的设计，实施和初步表征。我们证明，这些调谐元件提供独立的控制检测器的频率和灵敏度，使我们能够最大限度地提高传输线的带宽利用率。最后，我们讨论了这些探测器集成在一个多层制造堆栈中，用于D-Wave量子处理器的高速读出，强调使用由单个磁通量子回路组成的控制和路由电路，以最大限度地减少最低温度阶段的控制线数量。
2016-04-22 cond-mat.supr-con physics.ins-det quant-ph
Three distinctive temperatures of normal-to-superconductive phase transition detected by the unique SFCO method: their crucial role for proper identification of the nature of superconductivity
采用非传统单层平板拾波线圈的低功耗稳定隧穿二极管振荡器是研究微小片状高温超导材料中超导态弱特性的一种很好的兆赫波段仪器。它能够以约6阶的相对分辨率检测HTSC膜的磁感应系数的约1 pH的变化（SC磁穿透深度λ的约1埃的变化）。由于检测线圈的扁平设计、相对低的操作频率、如此高的相对分辨率以及该技术也在高磁场中操作的能力，该方法具有优于其它方法的优点。它们在具有小信号的薄平板HTSC材料的非破坏性研究中变得至关重要-特别是在正常到超导（N/S）相变附近（在电子对形成开始时）。正是由于这些优点，最近用这种方法在YBaCuO薄膜中检测到了一个很好的“顺磁”特性的SC-转变，这在著名的迈斯纳驱逐之前。该方法还使得能够检测HTSC膜在其SC转变时对功率的少量吸收，峰值位于迈斯纳推出开始之后-接近其中心。从如此复杂的涨落区域中提取出的这些细微效应（第一个是先驱，而第二个是迈斯纳驱逐的后验）表明在N/S转变时存在三个不同的温度。关键作用，这些特定的温度为理解一个真正的性质，整个SC现象进行了讨论。指出了这些温度与电子对的“单重态”/“三重态”行为之间的可能关系，并进行了讨论。
2007-11-20 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
