Superconducting RF Metamaterials Made with Magnetically Active Planar Spirals
与普通金属材料相比，超导超材料结合了低损耗、大电感（加上动力学电感）和极高的可调谐性的优点。因此，它们允许实现在低频下操作的紧凑设计。最近，我们通过使用Nb薄膜开发了具有高负载品质因数和小至$\sim$ $λ$ 658（$λ$是自由空间波长）的电尺寸的射频（RF）超材料。RF超材料由用光刻技术图案化的真正平面螺旋组成。这些超材料的线性传输特性在低于Nb的$T_c$的亚100 MHz频率范围内显示出鲁棒的洛伦兹共振峰。虽然Nb是一种非磁性材料，但由RF信号产生的螺旋中的循环电流会产生强磁响应，由于设计的超导性质，可以通过温度或磁场敏感地调谐。我们还观察到强的非线性和亚稳态跳跃的传输数据与RF输入功率的增加，直到Nb被驱动到正常状态。我们讨论了修改的因素，从单一的和1-D阵列的螺旋线的数值模拟的光感生磁响应。
2011-06-05 cond-mat.supr-con
Two-dimensional arrays of superconducting strips as dc magnetic metamaterials
本文从理论上研究了直流磁性超材料的基本结构--二维超导条阵列的磁响应。我们解析地获得了磁场的完全屏蔽状态（即，$Λ/w\to 0$，其中$2w$是条带宽度，$Λ=λ^2/d$是珍珠长度，$λ$是伦敦穿透深度，以及$d$是条带厚度），并且通过平均局部场分布来导出有效渗透率。我们还进行了数值计算的一个现实的情况下，考虑有限的$Λ/w>0$。我们研究了两种类型的条形阵列：矩形阵列和六边形阵列。所得到的有效磁导率具有大的各向异性，这取决于超导条的尺寸和布置，并且发现六边形阵列比矩形阵列更有利于获得大的各向异性。
2011-12-02 cond-mat.supr-con
Fano Resonances in High-Tc Superconducting Metamaterial
我们展示了一种由铜氧化物超导体制成的毫米波超材料。研究了两种互补的超材料结构，它们表现出从相互作用的磁和电偶极子模式的集体激发产生的Fano共振。
2010-01-23 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Superconducting properties of tin-based ENZ and hyperbolic metamaterials
最近的实验表明，超导临界温度可以在各种超材料超导体的几何形状的改善。在这里，我们提出了锡基超材料超导体的ε近零（ENZ）和双曲超材料配置的研究结果。据观察，当超材料结构尺寸超过纯锡中的超导相干长度240 nm时，Tc增强显著降低。
2019-04-03 cond-mat.supr-con physics.app-ph
Superconducting metamaterials and qubits
超导薄膜超材料谐振器可以提供密集的微波模谱，在量子信息科学中具有潜在的应用。我们报告的制作和低温测量的超材料传输线谐振器图案从铝薄膜。我们还描述了多种方法，这些结构的微波特性的数值模拟，以及与测得的透射谱的比较。基于芯片布局预测模式谱的能力为未来设计集成超材料谐振器与超导量子比特提供了一条途径。
2015-05-05 cond-mat.supr-con quant-ph
Low-loss tunable metamaterials using superconducting circuits with Josephson junctions
我们报告的实验与超导材料含有约瑟夫森结。在这些结构中，传统超材料中使用的开口环谐振器被超导回路取代，超导回路被约瑟夫森结中断，所谓的rf-SQUID。与开口环谐振器一样，这些元件可以被视为耦合到磁场的LC谐振器。超导薄膜超材料的优点在于，由于约瑟夫森结的可调谐的本征电感，可以通过施加外部直流磁场来改变rf-SQUID的谐振频率。我们目前的实验结果表明，这些设备的谐振频率的可调谐性。
2013-01-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Phase-resolved visualization of radio-frequency standing waves in superconducting spiral resonator for metamaterial applications
超导微电路和超材料是新一代低温电子学中很有前途的候选材料。它们的功能在很大程度上是由电磁场在排列的晶胞中的宏观分布来证明的，而不是由复合材料的微观特性来证明的。我们提出了一种新的方法可视化的空间结构的穿透微波与微观分辨率的平面超导宏观谐振器作为最重要的电路形成现代微电子学的元素。该方法使用低温激光扫描显微镜来检查相（即，方向）和局部射频电流的幅度相对于被测超导谐振结构的二维坐标。通过使强度调制的激光辐射与穿过样品的微波信号的谐振谐波同步来实现相敏对比度。在这种情况下，照射区域中的激光束诱导损耗将强烈地依赖于RF载波信号与聚焦激光振荡的空间时间结构之间的局部相位差。这种方法消除了现有射频显微镜技术的硬件限制，并将相敏解调模式带到了研究超导超材料物理所需的水平。所提出的方法比以前的RF激光扫描显微镜的方法的优点是证明了由螺旋超导阿基米德谐振器中的驻波的形成的第38个本征模共振的例子。
2022-01-17 cond-mat.supr-con
Improving the critical temperature of MgB2 superconducting metamaterials induced by electroluminescence
在MgB_2超导体中掺杂Y_2O_3：Eu，合成了一种超导超材料。超导体电阻率的温度依赖性表明，由于杂质（Y2O3、MgO和YB4）的存在，样品的临界温度（TC）随着Y2O3纳米棒掺杂量的增加而降低。但是，样品的相变温度随着Y2O3：Eu3+纳米棒掺杂量的增加而增加，这与掺杂Y2O3纳米棒相反。此外，掺杂8wt. %的Y2O3：Eu3+纳米棒比掺杂的和纯的MgB2的那些更高。掺杂8wt. %的Y2O3：Eu3+纳米棒比掺杂8wt. %的Y2O3。掺杂8wt. %的Y2O3：Eu3+比纯MgB2高0.4K。结果表明，掺杂到MgB2的电致发光材料提高了转变温度，这种新的策略也可能适用于其他超导体。
2015-12-10 cond-mat.supr-con
Tuning the Resonance in High Temperature Superconducting Terahertz Metamaterials
在这封信中，我们介绍了太赫兹超材料的谐振特性，该超材料由高温超导薄膜制成的开口环谐振器阵列组成。通过改变温度，我们观察到了高效的超材料谐振开关和频率调谐，具有一些以前没有发现的特征。利用实验测得的超导薄膜复电导率对超材料谐振进行数值模拟，结果与实验结果吻合较好。我们开发了一个理论模型，解释了调谐功能，它考虑到电阻谐振阻尼和额外的开口环电感贡献的实部和虚部的温度依赖性复杂的电导率。理论模型进一步预测了由更薄的超导开口环谐振器阵列组成的超材料中更有效的谐振开关和频率偏移，这也在实验中得到了验证。
2010-09-08 cond-mat.supr-con physics.optics
A one-dimensional tunable magnetic metamaterial
我们目前的实验数据上的一维超导超材料，是可调的宽频带。这种磁性薄膜介质的基本构件是单结（rf-）超导量子干涉器件（SQUID）。由于这种元件的非线性电感，其谐振频率可通过施加直流磁场原位调谐。我们证明，这导致我们的超材料组成的54 SQUID的可调有效参数。为了从测量数据获得有效磁导率，我们采用仅使用复透射系数S21的技术。
2013-04-27 cond-mat.supr-con
Tunable Superconducting Josephson Dielectric Metamaterial
我们展示了一种基于约瑟夫森效应的具有可调特性的低耗散电介质超材料。加载有规则间隔的约瑟夫森结（$I_c \approx 0.25$ $μ$ A）的超导导线跨越K波段波导并且与微波电场对准，从而产生超导电介质超材料。外加直流电流调谐这种独特的电超材料的截止频率和有效介电常数。计算结果与微波在人工介质中传输的解析模型一致。
2019-11-01 cond-mat.supr-con nlin.CD physics.app-ph
Tunability of Superconducting Metamaterials
超材料是具有独特电磁特性的人工结构，例如相对介电常数和磁导率的值小于1，甚至为负。由于这些特性对损耗非常敏感，我们开发了由超导波导、导线和开口环谐振器组成的超材料。这些超材料应用的一个重要要求是能够调谐发生独特电磁响应的频率。在本文中，我们提出了三种方法（超导体所特有的）来实现这种调谐：温度，直流磁场，射频磁场。示出了单个Nb开口环谐振器（SRR）的直流和射频磁场调谐的数据。有人发现，直流场调谐是滞后的谐振频率数据，而品质因数，$Q$，是不那么滞后。射频功率调谐显示无滞后现象，但在高功率下确实显示出对$Q$的抑制。磁光图像揭示了不均匀的磁涡旋进入直流场调谐，和激光扫描光响应图像的YBa $_2$铜$_3$ O $_{7-δ}$ SRR揭示了环中的电流分布。
2006-11-10 cond-mat.supr-con
Electrically and Magnetically Resonant dc SQUID Metamaterials
我们提出了一种超导超材料的设计，由元原子（MA），每个组成的直流（dc）超导量子干涉仪（SQUID）和超导棒。该设计为宽范围的结构参数提供负折射率行为。
2016-12-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Coupling a Superconducting Qubit to a Left-Handed Metamaterial Resonator
由超导集总电路元件阵列制成的超材料谐振结构可以表现出具有左手色散的微波模式谱，从而在超导量子比特通常工作的相同频率范围内产生高密度的模式，以及在较低频率下延伸到直流的带隙。使用这种新的制度，多模电路量子电动力学，我们已经进行了一系列的测量，这样的超导超材料谐振器耦合到一个通量可调transmon量子比特。通过对超材料的微波测量，我们观察到了量子比特与它所通过的每个模式的耦合。使用一个单独的读出谐振器，我们已经探测量子比特分散和特征的量子比特能量弛豫作为频率的函数，这是强烈的影响，在存在的密集模式谱的Purcell效应。此外，我们还研究了量子比特的交流斯塔克位移，因为在各种超材料模式中的光子数是不同的。通过选择电路参数来定制密集模式谱以及通过与量子比特的相互作用来操纵超材料的光子态的能力使得这成为模拟量子模拟和量子存储器的有希望的平台。
2020-12-11 cond-mat.supr-con quant-ph
Experimental demonstration of superconducting critical temperature increase in electromagnetic metamaterials
最近提出的超材料方法介电响应工程可能会增加复合超导体-介电超材料的临界温度的建议已经在实验中测试了不同组成的锡和钛酸钡纳米颗粒的压缩混合物。对于体积分数为40%的钛酸钡纳米颗粒，已经观察到与体相锡相比，临界温度增加了约0.15 K。用锡和钛酸锶纳米颗粒的压缩混合物也获得了类似的结果。
2014-10-13 cond-mat.supr-con physics.optics
Intermodulation in Nonlinear SQUID Metamaterials: Experiment and Theory
非线性超材料和超导电子对双音激励的响应对于理解它们作为低噪声放大器和可调谐滤波器的用途至关重要。这种研究的一个新的背景是由射频超导量子干涉器件（rf-SQUID）制成的超材料。本文通过对自共振rf-SQUID超原子和超材料在较宽的音频和音频功率范围内的互调制（IM）测量，研究了它们的双音频响应。观察到一个尖锐的发病，随后由一个令人惊讶的强烈抑制IM区域附近的共振。使用两个时间尺度的分析技术，我们提出了一个分析理论，成功地解释了我们的实验观察。该理论预测，IM可以通过音调功率、中心频率、两个音调之间的频率差和温度来操纵。这种定量的理解可能允许设计具有非常低或非常高IM响应的rf-SQUID超材料。
2016-06-29 cond-mat.supr-con
Tunable Broadband Transparency of Macroscopic Quantum Superconducting Metamaterials
在原子系统中，电磁感应透明（EIT）已经实现了在其他不透明介质中的窄带不可见性。量子EIT行为可以通过特殊设计的超材料通过仔细控制的“暗模式”干涉来经典地模仿。然而，窄的透明窗口限制了需要可调谐宽带透明性能的潜在应用。在这里，我们提出了一个宏观量子超导超材料与操纵自诱导宽带透明由于一个定性的新的非线性机制，是不同于传统的EIT或其经典的类似物。实验观察到一个几乎完全消失的共振吸收范围内施加的射频通量，并从理论上解释。透明性来自于固有的双稳态，并且可以通过改变射频和直流磁场、温度和历史来容易地调节开/关。透明性的滞后原位100%可调谐性为自动隐身超材料、强度相关滤波器和快速可调谐功率限制器铺平了道路。
2015-06-17 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Progress in Superconducting Metamaterials
本文综述了超导超材料的发展和应用。该评论是组织在几个明显的优势和独特的性能带来的超材料领域的超导性。这些包括元原子的低损耗性质、其紧凑结构、其非凡的非线性和可调谐性、磁通量量子化和约瑟夫森效应（其中光子与元原子中的量子化能级相互作用的量子效应）以及强抗磁性。
2014-03-25 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con physics.optics
Superconducting $π$-ring metamaterials
我们发展了分形超材料的概念，它由纳米和微米尺寸的环阵列组成，这些环包含约瑟夫森结，在这种人工材料中扮演“原子”的角色。我们表明，如果一些结有$π$ -位移的约瑟夫森阶段的“原子”成为磁性和他们的阵列可以有调整的积极或消极的磁导率。每个单独的“$π$环”--具有一个$π$结的约瑟夫森环--可以处于两种能量简并磁态之一，其中超导电流以顺时针或逆时针方向流动。这导致分别指向下或向上的磁矩。这种超材料的总磁化强度的值可以显示分形特征。我们描述了这种超导超材料的磁特性，包括其中的磁场分布（即在由这些环组成的网络中）。我们还描述了磁通量渗透到约瑟夫森网络的方式，以及它是如何强烈地依赖于系统的几何形状。
2016-06-04 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Dispersive Response of a Disordered Superconducting Quantum Metamaterial
我们考虑一个无序的量子超材料形成的超导磁通量子比特阵列耦合到微波光子在一个空腔。我们将系统映射到Tavis-Cummings模型上，考虑了量子比特频率的无序性。复透射率的计算与从国家的最先进的实验参数。我们证明，光子相移测量允许区分个人的谐振在超材料高达100量子比特，尽管退相干谱宽度显着大于有效的耦合常数。我们的模拟结果与最近报道的实验结果一致。
2015-04-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
High-Temperature Superconducting Spiral Resonator for Metamaterial Applications
本工作研究高温超导螺旋谐振器作为一个可行的候选人实现RF/微波超材料原子。本文将详细讨论超导螺旋谐振器的理论，包括谐振机理、高阶模的起源、确定高阶模的分析框架、耦合方案的影响以及谐振品质因数和插入损耗对模宇称的依赖性。所有上述模型与微加工的$_2$ O $_{7-δ}$（YBCO）螺旋谐振器的实验数据进行了比较。此外，基本模式的谐振特性随工作温度和施加的RF功率的变化的演变进行了实验研究，并解决其对超材料应用的影响。
2012-10-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.ins-det
Realization and modeling of rf superconducting quantum interference device metamaterials
我们利用射频超导量子干涉器件（RFSQUID）制备了超原子，并研究了它们随直流磁场、射频电流和温度的可调谐性。RF SQUID是超导开口环谐振器，其中通常的电容由约瑟夫森结补充，这在RF特性中引入了强非线性。我们发现数据和模型之间的良好协议，该模型将约瑟夫森结作为电容和电容分流结。在12 GHz的磁场可调谐度为80 THz/Gauss，总可调谐度为56 $%$，并首次证明了在中等激发功率下独特的电磁感应透明特性。RF SQUID超材料被示出具有与单个RF SQUID在DC通量和温度调谐方面定性相同的行为。
2013-10-28 cond-mat.supr-con nlin.CD
Is there a metamaterial route to high temperature superconductivity?
材料的超导性质，如电子-电子相互作用和超导转变的临界温度可以通过材料的有效介电响应函数来表示。这种描述在超导相干长度（库珀对的大小）以下的空间尺度上是有效的，超导相干长度在典型的BCS超导体中等于~100 nm。寻找具有较大电子-电子相互作用的天然材料是高温超导研究的传统方法。在这里，我们指出，最近发展的电磁超材料领域涉及到一些相关的任务介电响应工程的亚100纳米尺度。我们认为，介电响应工程的超材料方法可能会大大提高复合超导体-介电超材料的临界温度。
2014-05-06 cond-mat.supr-con physics.optics
High-Temperature Superconducting Multi-Band Radio-Frequency Metamaterial Atoms
本文报道了一种工作频率低至$\sim$ 53 MHz的微型紧凑型高温超导（HTS）超材料原子的研制和测量。该器件是由具有$\sim λ_0/1000$特征尺寸的{YBa $_2$ Cu $_3$ O $_{7-δ}$ }（YBCO）薄膜图案化的平面螺旋谐振器，其中$λ_0$是基本谐振的自由空间波长。虽然HTS材料的部署能够实现更高的操作温度和更大的可调谐性，但它没有损害我们的螺旋超材料原子的质量，并且实现了高达70 K的Q，其高达基模的$\sim 1000$和高阶模的$\sim 30000$。此外，我们还通过比较类似器件在不同衬底上的性能，实验研究了衬底的影响。
2012-10-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.optics
Superconducting Josephson-based metamaterials for quantum-limited parametric amplification: a review
在过去的几年里，几个小组提出并开发了自己的平台，展示了量子限制线性参量放大，在量子信息和计算，电学和光学计量学，射电天文学和基础物理学有关轴子检测的明显应用。在这里，我们提出了一个简短的审查后的物理参数放大通过超材料组成的共面波导嵌入几个约瑟夫森结。我们提出并比较了不同的方案，利用约瑟夫森电流相位关系的非线性混合所谓的信号，空闲和泵音。然后，本章提出并比较了三种不同的理论模型，在过去几年中开发的，预测这些非线性系统的动态在特定情况下的4波混频过程和下的退化未耗尽泵的假设。我们将证明，在相同的假设下，所有的结果是可比的放大的输出字段。
2019-08-19 cond-mat.supr-con quant-ph
Bulk-dissociated topological bands without spin-orbit coupling in hetero-dimensional superconducting metamaterials
The University of Texas at El Paso（埃尔帕索得克萨斯大学）；University of Pennsylvania（宾夕法尼亚大学）；Sandia National Laboratories（桑迪亚国家实验室）
研究通过设计异维超导元材料，发现无自旋轨道相互作用下，局部化的Yu-Shiba-Rusinov束缚态可形成弱拓扑超导相，并通过调节费米能使其过渡为体相解离拓扑超导相，出现节点线和共存的体相解离边角模。
2026-10-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Mode Structure in Superconducting Metamaterial Transmission Line Resonators
超导异向材料是量子信息科学的一个有前途的资源。在电路QED的上下文中，它们提供了一种在芯片上设计新颖的色散关系和能带结构的方法，这些色散关系和能带结构最终可以用于生成量子电路的复杂纠缠态，用于量子库工程，并作为量子模拟架构的元素。在这里，我们报告的发展和测量在毫开尔文温度下的一种特定类型的电路超材料谐振器组成的平面超导集总元件电抗的形式的离散左手传输线（LHTL）。我们讨论了这个系统的设计，制造和电路特性的细节。此外，我们提供了一个广泛的表征密集模式频谱在这些超材料谐振器，我们进行了微波传输测量和激光扫描显微镜（LSM）。结果被观察到是在良好的定量协议与数值模拟，也是一个基于离散传输线的电流-电压关系的分析模型。特别是，我们证明了超材料模式频率，电流和电荷密度的空间分布，以及由于外部负载的阻尼可以很容易地建模和理解，使该系统成为一个有前途的工具，用于未来的量子线路应用和复杂的量子系统的研究。
2019-05-31 cond-mat.supr-con physics.app-ph quant-ph
Josephson Metamaterial with a widely tunable positive/negative Kerr constant
我们报道了一种新型一维约瑟夫森超材料的微波特性，该材料由一系列非对称超导量子干涉器件（SQUID）组成，通过公共约瑟夫森结实现最近邻耦合。这种超材料表现出很强的克尔非线性，克尔常数在很宽的范围内可调，从正值到负值，通过磁通量线程SQUID。实验结果与约瑟夫森链非线性效应理论符合得很好。超材料是非常有前途的约瑟夫森行波参量放大器的有源介质，它的使用有利于相位匹配的四波混频过程中的有效参数增益。
2017-07-21 cond-mat.supr-con
Implementation of a Quantum Metamaterial
操纵电磁波通过亚波长尺寸的人工结构的传播是超材料的核心功能。共振结构，如开口环共振器，扮演人造“原子”的角色，并塑造磁响应。超导超材料因其极低的欧姆损耗和通过利用约瑟夫森电感调谐其谐振频率的可能性而成为人们关注的焦点。此外，约瑟夫森电感的非线性性质使得能够制造真正的人造原子。这种超导量子二能级系统（量子比特）的阵列可以用于实现量子超材料。在这里，我们进行了一个实验，其中20个超导通量量子比特嵌入到一个微波谐振器。通过谐振器传输的信号的相位揭示了高达8个量子比特的集体谐振耦合。基于这个原理验证实验的许多人造原子的量子线路提供了广泛的前景，从检测单个微波光子到相位开关，量子双折射和超辐射相变。
2013-09-20 cond-mat.supr-con quant-ph
Protecting SQUID metamaterials against stray magnetic field
以超导量子干涉器件（SQUID）为基础，薄膜超材料的低损耗元件有一个主要优点：它们的谐振频率很容易通过施加弱磁场来调节。然而，缺点是对杂散和不均匀磁场很敏感。在这项工作中，我们证明，即使是小的磁场从电子元件破坏集体，SQUID超材料的共振行为。我们还展示了如何将这些领域的影响降到最低。作为第一步，磁屏蔽降低任何最初存在的场，包括地球的磁场。然而，必须采取进一步的措施，如改进样品的几何形状，以避免Abrikosov涡的捕获。
2013-06-19 cond-mat.supr-con
Double resonance response of a superconducting quantum metamaterial: manifestation of non-classical states of photons
本文对超导量子超材料（SQM）的交流响应进行了理论研究，SQM是一种嵌入低耗散谐振腔中的量子比特阵列（二能级系统）。通过利用SQM的一个特殊例子，即电荷量子比特阵列电容耦合到谐振器，我们获得了光子的非相干态（高温相）和相干态（低温相）之间的二阶相变。这种相变在许多方面类似于顺磁-铁磁相变。相变的临界温度$T^\star$由二能级系统$δ$的能量分裂、阵列$N$中的量子位数以及腔中量子位与光子之间的相互作用$η$的强度确定。我们得到的光子态表现为共振下降的频率依赖的传输$D(ω)$的电磁波传播通过传输线弱耦合到SQM。在高温下，$D(ω)$显示出单一的共振下降，在低温下，必须观察到特殊的\emph{double resonance response}。这种共振分裂的物理起源是两个不同偏振光子相干态之间的量子振荡。
2016-06-29 cond-mat.supr-con quant-ph
Kerr non-linearity in a superconducting Josephson metamaterial
本文详细地从实验和理论上分析了在弱非线性区中含有500个SQUID的一维约瑟夫森结链中等离子体模的色散和非线性克尔频移。测量的低功率色散曲线完全符合理论模型，如果我们考虑到克尔重整的裸频率和远程的岛电荷屏蔽的性质由一个远程接地平面。我们测量了链中八个最低模式的频率的自克尔位移和交叉克尔位移。我们比较测量的克尔系数与理论，并找到很好的协议。
2018-07-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Switching nonlinearity in a superconductor-enhanced metamaterial
我们展示了一种非线性超材料，它可以通过控制入射光束的功率水平在低透射率和高透射率之间切换。这种非线性响应的起源是超材料结构中采用的超导Nb薄膜。我们表明，大约22 dBm的中等RF功率，它是可能的淬火超导状态的超材料的开口环谐振器的角落处的极强的电流密度的结果。我们测量的传输对比度为10 dB和70 ns的低功率和高功率状态之间的群延迟的变化。
2012-03-21 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con physics.optics
Quantum synchronization in disordered superconducting metamaterials
本文对无序超导量子超材料（SQM）中的集体相干量子力学振荡进行了理论研究，SQM是人工制造的相互作用量子比特阵列（二能级系统）。量子位参数中不可避免的无序导致量子位频率的大幅扩展，并且在量子位之间不存在电磁相互作用的情况下，单个量子位的这些单独的量子力学振荡通过传播通过无序SQM（$D(ω)$）的电磁波的频率相关传输中的大量小的谐振降来表现。我们发现，即使相邻量子位之间的弱电磁相互作用可以克服无序，并建立完全或部分\emph{synchronized}量子力学动态的无序SQM。在这样的状态下，大量的量子比特显示集体量子力学振荡，这种集体行为表现为$D(ω)$依赖性中的几个巨大的共振下降。在一维SQM中，显示集体（同步）量子力学行为的系统$r_0$的大小被确定为$r_0 \simeq a [K/δΔ]^2$，其中$K$、$δΔ$、$a$相应地是最近邻相互作用的能量、量子比特能量分裂的扩展以及量子比特之间的距离。我们发现，这种现象有一个起源于安德森局域化的自旋型激发中产生的SQM。我们的分析也是在一个很好的符合最近的实验上的电动力学的无序一维SQMs。
2016-10-23 cond-mat.supr-con quant-ph
Superconducting Metamaterials
超材料（Metamaterials，缩写为EMT）是一种人工介质，旨在实现天然材料所不具备的特性，在过去的二十年中一直是研究的焦点。已经发现了许多特性，并且已经设计了多种设计，从而导致多种概念和实际应用。超导磁体具有超低损耗的优点，这是一个非常理想的特性。约瑟夫森效应和SQUID配置的额外使用产生进一步的特异性和功能性。基于SQUID的量子阱在理论上进行了研究，但也在许多实验室中进行了实验和分析，并且在经典和量子领域都发现了令人兴奋的新现象。SQUID是一种独特的非线性振荡器，可以通过多种外部手段进行操纵。这种灵活性继承到基于SQUID的扩展单元，即包含大量SQUID的扩展单元。这种弱耦合非线性振荡器的组装提出了一个非线性动力学实验室，在那里可以探索许多复杂的时空现象。我们主要集中在SQUID为基础的驱动程序，并提出了基本属性相关的个人和集体对外部驱动器的反应。我们首先展示了一个基于SQUID的系统如何作为一个真正的MM，证明了约瑟夫森非线性导致宽带可调谐性，固有的非线性以及平带本地化。我们探索进一步的属性，如多稳态和自组织和嵌合体状态的出现。然后，我们深入到真正的量子机制，并探讨电磁脉冲与超导量子比特的相互作用，两者之间的耦合产生自感透明和超辐射。因此，我们试图提出的耦合超导单元的丰富的行为，并指出他们的基本属性和实际效用。
2018-06-19 cond-mat.supr-con nlin.PS
Waveguide Bandgap Engineering with an Array of Superconducting Qubits
波导量子电动力学提供了一个广泛的可能性，有效地工程师之间的相互作用人工原子通过一维开放波导。虽然这些相互作用已经在几个量子位的限制下进行了实验研究，但这种系统在超材料配置中用于更大量子位阵列的集体性质迄今尚未得到解决。在这里，我们实验研究了由八个超导transmon量子比特与本地频率控制耦合到波导的模式连续体制成的超材料。通过连续地将量子比特调谐到一个共同的共振频率，我们观察到超辐射态和亚辐射态的形成，以及极化激元带隙的出现。利用量子比特的量子非线性，我们证明了控制后者诱导的带隙区域的系综的透明窗口。这项工作的电路将一个和两个量子比特的实验扩展到一个成熟的量子超材料，从而为超导波导量子电动力学的大规模应用铺平了道路。
2021-02-05 cond-mat.supr-con quant-ph
Slowing down light in a qubit metamaterial
量子信息处理的快速发展导致对控制电磁波脉冲传播并最终实现通用和高效的量子存储器的器件的需求不断增加。虽然近年来在实现慢光和光频原子量子存储器方面取得了重大进展，但微波领域的超导电路仍然缺乏此类器件。在这里，我们演示了减慢电磁波在超导超材料组成的八个量子比特耦合到一个共同的波导，形成一个波导量子电动力学系统。我们分析了两种互补的方法，一种依赖于奥特勒-汤斯分裂的修饰态，另一种基于使用量子比特可调谐性的定制色散曲线。我们的时间分辨实验表明，降低群速度下降到约1500小于真空中的一个因素。根据所使用的方法，光速可以通过额外的微波音调或有效的量子比特失谐来控制。我们的研究结果表明，超导电路实现定制能带结构的高度灵活性，并打开了大门，微波色散工程的量子制度。
2022-02-14 cond-mat.supr-con quant-ph
Imaging collective behavior in an rf-SQUID metamaterial tuned by DC and RF magnetic fields
利用非接触空间分辨成像技术研究了二维非线性超导超材料的集体行为。这种超材料由亚波长非线性振荡器组成，这些振荡器位于强耦合的27 x27射频超导量子干涉器件（rf SQUID）平面阵列中。通过使用低温激光扫描显微镜，我们在非辐射暗模式下对驱动SQUID中的微波电流进行成像，并识别出类似振荡的亚原子的聚集性和均匀性。我们遵循由于元原子共振频率调谐作为外部直流和射频磁通量偏置的函数的相干图案的重排。我们发现，整个SQUID阵列的射频电流分布在零直流通量和小射频通量揭示了低程度的相干性。相比之下，空间相干性显着提高后，增加射频通量的幅度，与模拟一致。
2019-01-15 cond-mat.supr-con physics.app-ph
Effects of lasing in a one-dimensional quantum metamaterial
数值模拟了电磁脉冲在量子超材料--人造的、全局量子相干光介质中的传播。我们表明，对于基于超导量子比特的量子超材料，初始化在一个容易达到的因式分解状态，在微波范围内的激光被触发，伴随着量子比特状态的混沌化和高次谐波的产生。这些效应可以为量子超材料原型的表征和优化提供工具。
2014-12-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Terahertz Metamaterial Renormalization of Superconducting Josephson Plasmons in La$_{1.85}$Sr$_{0.15}$CuO$_4$
本研究通过超材料谐振器阵列与铜氧化物超导体LSCO的约瑟夫森等离激元耦合，实现了太赫兹频率的重整化，并展示了可调谐ENZ超材料的非线性响应，为腔操控超导研究提供了新视角。
2024-03-18 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Quantum metamaterials: Electromagnetic waves in a Josephson qubit line
我们考虑经典电磁波通过传输线的传播，传输线由超导谐振器中的相同超导电荷量子比特形成。由于量子位可以在量子态的相干叠加，我们表明，这样的系统表现出有趣的新效果，如一个"呼吸"的光子晶体与振荡带隙，和"量子阿基米德螺旋"的传输，在任意控制的速度，约瑟夫森等离子体波通过传输线。这些效应的关键成分是约瑟夫森传输线的光学性质由量子比特的量子相干态控制。
2007-12-19 cond-mat.other cond-mat.supr-con quant-ph
From Josephson junction metamaterials to tunable pseudo-cavities
本文重新讨论了通过中断超导线的约瑟夫森结的散射，包括功率泄漏。我们还讨论了如何通过级联结来制作可调谐宽带谐振镜。作为应用，我们展示了如何使用这些反射镜构建腔，从而连接两个研究领域：JJ量子超材料和耦合腔阵列。最后，我们讨论的第一个非线性校正的散射和可测量的效果。
2013-05-21 cond-mat.supr-con quant-ph
Experimental realization of magnetic energy concentration and transmission at a distance by metamaterials
控制电磁能对于高效和可持续的社会至关重要。一个关键的要求是将磁能集中在所需的空间体积中，以便提取能量来产生功或存储它。超材料为控制电磁能开辟了新的可能性。最近，理论上已经设计出了一种超导铁磁超材料，其允许前所未有的磁能集中和放大，以及其通过自由空间的远距离传输。在这里，我们设计并构建了一个实际版本的超导铁磁超材料，并通过实验证实了这些特性。我们还表明，铁磁超材料，没有超导部件，可以实现集中和传输的能量，只有轻微的性能下降。通过磁性超材料在一定距离处传输磁能可以提供增强无线电力传输的新方法，其中效率关键取决于源和接收器之间的磁耦合强度。
2013-08-27 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Tunable microwave impedance matching to a high impedance source using a Josephson metamaterial
我们报告了一个$50\,Ω$微波电路的高阻抗导体的有效耦合。我们使用的阻抗Transformer组成的$λ/4$共面谐振器，其内部导体包含一个超导量子干涉器件（SQUID）的阵列，提供了一个大的和可调的线性电感$\mathcal{L}\sim 80 μ_0$的谐振器，导致在一个大的特性阻抗$Z_C\sim 1\,\mathrm{k}Ω$。阻抗匹配效率的特征在于测量由连接到谐振器的直流偏置高阻隧道结发射的散粒噪声功率。我们演示了在$15$到$35\,\mathrm{k}Ω$范围内的阻抗匹配，其带宽高于$100\,\mathrm{MHz}$，谐振频率在$4$到$6\,\mathrm{GHz}$范围内可调。
2014-04-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Entangling interactions between artificial atoms mediated by a multimode left-handed superconducting ring resonator
本文研究多模左手超导环形谐振器介导的双量子比特耦合，通过磁通可调量子比特表征并建模横向交换与高阶 ZZ 相互作用的过零及符号变化，为可调纠缠门提供方案。
2024-05-12 cond-mat.supr-con quant-ph
A multi-stable switchable metamaterial
超材料研究领域围绕着创造人工介质的想法，这种介质以一种天然材料所不知道的方式与光相互作用。这通常是通过创建电子或等离子体结构的亚波长晶格（所谓的元原子）来实现的，它决定了光和超材料之间的相互作用。这些定制介质的最终目标之一是能够原位控制其特性，这导致了可调谐和可切换超材料的全新分支。目前的许多实现依赖于将微机电致动器或半导体元件引入其元原子结构中。在这里，我们表明，超导量子干涉器件（SQUID）可以用作快速，本质上可切换的亚原子。我们发现，它们的内在非线性导致同时稳定的动态状态，其中每一个都与微波域中的磁化率的不同值和符号相关联。此外，我们证明，它是可能的，通过施加纳秒长脉冲，除了微波探测信号之间切换这些状态。除了潜在的应用，例如，全光超材料开关，这些结果表明，多稳定性，这是一个共同的特点，在许多非线性系统，可以用来创建新类型的元原子。
2013-12-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.optics
Effects of Strong Capacitive Coupling Between Meta-Atoms in rf SQUID Metamaterials
本文首次研究了重叠几何结构中 rf SQUID 之间的强电容与电感耦合效应，通过建立规范不变相位运动方程并扩展至 $N\ imes N\ imes 2$ 阵列，揭示了电容耦合引发的全新自谐振响应，并经理论、数值与 10-30 GHz 实验验证。
2024-05-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Superconductive Ultra-compact Magnetically Coupled Resonator with Twin-spiral Structure
我们描述了一种作为超材料潜在磁性元件的超紧凑片上超导微谐振器的实际设计。在我们的实验中，相对于波长的谐振腔尺寸约为λ/ 14400。该谐振器由两个超导铌螺旋，夹在面对面，与一个小的间隙填充有电介质。两个螺旋向相反的方向旋转：一个顺时针，另一个逆时针。我们在HFSS中用数值模拟的方法研究了谐振腔的光谱响应和内模。在激光扫描显微镜（LSM）的实验中，我们证实了铌酸锂谐振器的谐振频率和内模结构的预测。小尺寸和易于制造使得双螺旋谐振器成为用于滤波器、偶合电路以及作为超材料的磁性部件的有吸引力的解决方案。
2018-04-09 cond-mat.supr-con
Amplification and squeezing of quantum noise with a tunable Josephson metamaterial
最近，将超导量子比特的量子态和纳米机械振荡器的位置编码成微波场的状态已经成为可能。然而，为了对量子比特的状态进行理想的测量，或者以量子限制的灵敏度检测机械振荡器的位置，需要不添加噪声的放大器。如果放大器增加的噪声小于半个量子，它也可以挤压电磁真空的量子噪声。真空的高压缩态是一种重要的量子信息源。它们可以用来产生纠缠或实现反作用回避的位置测量。在这里，我们介绍了一个通用的参数设备，它工作在4和8 GHz之间的频带。它是一种亚量子限制的微波放大器，它放大的量子噪声高于商用放大器的附加噪声，并将量子波动压缩10 dB。
2008-06-04 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Parametric amplification by coupled flux qubits
我们报道了微波信号在由超导量子比特构成的克尔介质中的参量放大。两个相互耦合的磁通量子位嵌入超导共面波导谐振器的电流波腹中，作为非线性元件。共享的约瑟夫森结提供了量子位-谐振器耦合，导致器件的测量增益约为20 dB。我们认为，这种安排代表了一个单位细胞，可以直接扩展到一个准一维的量子超材料与一个大的可调克尔非线性。
2013-12-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Impact of border defects on the magnetic flux penetration in superconducting films
研究边界缺陷对超导薄膜中磁通量穿透的影响，分析缺陷几何、温度及磁场对磁通分布的调控作用。
2025-06-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Band engineering and study of disorder using topology in compact high kinetic inductance cavity arrays
本文提出基于高动态电感NbN薄膜的紧凑型耦合腔阵列，实现高阻抗与小型化，并通过拓扑SSH模式定量表征无序，为多体量子模拟开辟新途径。
2024-03-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Performance optimization of cascaded traveling wave Josephson parametric amplifiers
Aalto University（阿尔托大学）；VTT Technical Research Centre of Finland Ltd（芬兰技术研究中心有限公司）
本文提出级联短SNAIL-TWPA与长TWPA的架构，在约1 GHz带宽内实现近30 dB增益且噪声接近量子极限，为高增益宽带量子放大提供实用方案。
2026-09-22 cond-mat.supr-con quant-ph
Electrodynamics of a ring-shaped spiral resonator
我们提出了一个紧凑的单丝阿基米德螺旋谐振器的电磁谐振模式的分析，数值和实验研究的环形，没有中心部分。平面螺旋谐振器因其紧凑的深亚波长尺寸而成为超材料的重要组成部分。这种谐振器主要耦合到入射电磁波的磁场分量，提供适合于磁性超原子的性质。令人惊讶的是，谐振模式的相对频率遵循奇数的序列，尽管在谐振器的末端处的电磁场的边界条件几乎相同。为了解释所观察到的共振模式的频谱，我们表明，螺旋内的电流分布满足一个特定的Carleman型奇异积分方程。通过求解这个方程，我们得到了一组谐振频率。分析计算的谐振频率和电流分布与实验数据和数值模拟结果吻合良好。通过使用低温激光扫描显微镜的超导螺旋谐振器，我们比较了实验可视化的交流电流分布的螺旋与计算。理论与实验符合得很好。我们的分析模型允许计算一个详细的三维磁场结构的谐振器。
2013-07-30 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
