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
Tunable negative permeability in a three-dimensional superconducting metamaterial
我们报道了一种由超导薄膜螺旋谐振器制成的低损耗、紧凑的三维（3D）超材料的高度可调谐射频（rf）特性。超材料的单个元件的rf透射谱示出了在$\sim$ 24.95 MHz处的基本谐振峰，其偏移到25 $\%$更小的频率，并且当创建这样的元件的3D阵列时变得退化。超材料显示出$\emph{in-situ}$可调谐窄频带，其中有效磁导率的实部在宽温度范围内为负，当接近超导临界温度时，其逐渐恢复到接近零和正值。这种超材料可用于提高电小型射频天线的功率传输效率和可调谐性。
2015-03-28 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
Metamaterial atom with multijunction superconducting structure
我们提出了基于铜氧化物约瑟夫森结的平面负介质的超材料单元（元原子）的数值模拟结果。该电路由两个耦合谐振器组成：“磁偶极子”和“电偶极子”。第一种是多结超导结构的超导螺旋谐振器SQIF（超导量子干涉滤波器SQIF），第二种是普通金属薄膜梳状谐振器。与无源金属谐振器相比，具有约瑟夫森结（磁偶极）的超导谐振器由于约瑟夫森电感的磁相关性，可以通过外加磁场进行调谐。讨论了一维平面负介质的模拟特性。
2013-02-05 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
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
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
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
Superconducting Metamaterials
在理想条件n = -1 +10下，在没有延迟效应的情况下，已经精确地预测了倏逝波放大，但是在实践中难以观察到，因为当前的超材料设计遭受高损耗。我们提出了一种新的超材料设计，采用超导铌金属和低损耗的介电材料，以减少损失的结果。我们目前的传输数据线介质，开口环谐振器介质，以及两者的组合在4.2 K和室温之间的温度。负的有效介电常数，磁导率和负的有效折射率通带的证据被认为是在超导状态之间的50 MHz和18 GHz。在10.75 GHz下，超导线阵的介电损耗ε_{eff，2} = 3 × 10^{-3}。
2005-04-29 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
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
Two-dimensional arrays of superconducting and soft magnetic strips as dc magnetic metamaterials
我们从理论上研究了二维阵列的超导和软磁条，这被视为直流磁性超材料的模型的磁响应。宏观磁导率的各向异性取决于所施加的磁场是平行于条带的宽表面（$μ_{\parallel}$）还是垂直于条带的宽表面（$μ_{\perp}$）。对于超导条的2D阵列，为$0<μ_{\perp}/μ_0\ll μ_{\parallel}/μ_0\simeq 1$，而对于软磁条的2D阵列，为$μ_{\parallel}/μ_0\ggμ_{\perp}/μ_0\simeq 1$，其中$μ_0$是真空磁导率。我们还表明，强各向异性的宏观磁导率可以获得超导和软磁条的混合阵列，其中$μ_{\parallel}/μ_0\gg 1\gg μ_{\perp}/μ_0>0$。
2013-05-23 cond-mat.supr-con
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
Miniaturized Superconducting Metamaterials for Radio Frequencies
我们已经开发出一种低损耗、超小型射频$(RF)$超材料，工作频率为$\sim$ 76 MHz。这种小型化介质由直径与$\sim$ $λ$ /658（$λ$是自由空间波长）一样小的平面螺旋元件组成，由石英衬底上的Nb薄膜制成。传输数据进行检查以下和以上的超导转变温度的Nb为一个单一的螺旋和一维阵列。设计的有效性进行了测试，通过数值模拟和良好的协议是found. We讨论如何超导体使这样一个紧凑的设计在$RF$高负载品质因数（超过5000），这实际上是很难实现与普通金属。
2010-08-11 cond-mat.supr-con
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
Electromagnetic waves propagation through an array of superconducting qubits: manifestations of non-equilibrium steady states of qubits
研究了电磁波在嵌入低耗散传输线的超导量子比特阵列（即相干二能级系统）中的传播。我们专注于近共振的情况下的频率的EW $ω\simeq ω_q$，其中$ω_q$是量子比特频率。在此极限下，我们导出了有效的动态非线性波方程，从而可以得到与频率有关的EWs透射系数$D(ω)$。在线性区域和相对较宽的频率范围内，我们得到了$D(ω)$在单个量子比特和由大量密集排列的量子比特组成的链的情况下的强共振抑制。然而，在窄频率区域中，量子比特链允许具有大大增强的$D(ω)$的EW的谐振传输。在非线性制度实现了一个中等功率的微波辐射，我们预测和分析的特点是高，低值的$D(ω)$状态之间的各种转变。这些转变是在这种状态下实现的量子位阵列的非平衡稳态的表现。
2019-02-25 cond-mat.supr-con quant-ph
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
Manifestation of the magnetic moments of Cooper pairs in low-temperature properties of superconducting thin-film rings
库珀对磁矩的实验测定可以揭示铜酸盐中的配对对称性。我们认为，本征磁矩的库珀对可以检测到的超导薄膜环的实验。在足够低的温度下，由超电流产生的磁场可以引起这些磁矩的排序，其产生超电流和磁感应分布、热容和环的磁矩的变化。结果表明，库珀对的内禀磁矩可以从这些可测量的铜氧化物超导载流环的低温行为中提取出来。
2013-02-20 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
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
Manifestation of extrinsic spin Hall effect in superconducting structures: Non-dissipative magnetoelectric effects
我们提出了一个全面的准经典方法来研究超导扩散混合结构的输运性质存在的外部自旋轨道耦合。我们推导出一个广义Usadel方程和边界条件，在正常状态下减少到漂移扩散理论的自旋霍尔效应在反转对称材料。这些方程预测了非耗散的自旋电流效应，即由自旋分裂场产生的超电流，以及它的逆--由超电流产生的磁矩。这些效应可以看作是超导态中自旋霍尔效应、反常霍尔效应及其逆效应的对应物。我们的理论为在磁电子学中使用超导结构提供了许多可能性。
2016-11-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
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
Manifestation of the magnetic resonance mode in the nodal quasiparticle lifetime in superconducting cuprates
研究结准粒子在超导铜氧化物的光电发射与高度提高的动量分辨率，我们表明，一个新的“扭结”的散射率的功能是一个关键，揭示这些化合物中的电子关联的性质。我们的数据提供的证据表明，主要的掺杂独立的贡献的散射可以很好地理解在传统的费米液体模型，而额外的掺杂依赖的贡献有一个磁性的起源。这使人们对声子介导的配对机制在高温超导体中的适用性产生了怀疑。
2004-02-26 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
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
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
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
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
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
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
Why have no manifestations of the excitonic mechanism have been detected in Ginzburg sandwiches?
金兹伯格三明治是一种超导薄膜，其上覆盖着一层含有玻色型激发（即激子）的介电层。利用局域相互作用极限下的空间非齐次Eliashberg方程，得到了Ginzburg三明治超导转变温度在a/L（a为原子间距离，L为薄膜厚度）范围内的一阶精确结果。已发现的结果是独立的激子频率。激子机制仅以a/L的第二级出现，因为库珀对的两个伙伴应该进入厚度为\sim a的层，以便通过激子交换进行相互作用。数值估计表明，激子机制的表现在L>>a的系统中实际上是不可检测的。计算了窄隙和宽隙介质，并与实验数据进行了比较。
1999-12-10 cond-mat.supr-con
Manifestations of nematic degrees of freedom in the magnetic, elastic, and superconducting properties of the iron pnictides
我们研究了如何紧急的有序和涨落的影响几个宏观性质的正常和超导态的铁磷属元素化物。由于其磁性起源，长程有序增强了磁涨落，在自旋-晶格弛豫速率、自旋-自旋关联函数和均匀磁化率中留下了独特的特征。这种磁激发的增强也表现在电子光谱函数中，其中赝能隙可以在费米表面的热点处打开。在双相中，电子被在动量空间中各向异性的磁波动散射，产生非零电阻率各向异性，其符号在电子掺杂和空穴掺杂的化合物之间变化。我们还表明，由于磁弹性耦合，磁涨落软化的剪切模量在正常状态下，但硬化它在超导状态。后一种效应是磁性和超导性之间竞争的间接结果，并且还导致低于T_{c}的正交畸变的抑制。我们还表明，铁轨道的波动增强的磁化率，协同促进电子四重态破缺。最后，我们认为，T_{c}的铁磷属元素的增强可能是由于磁源的涨落。
2012-06-20 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Classical Analogue of Electromagnetically Induced Transparency with a Metal-Superconductor Hybrid Metamaterial
超材料是一种工程材料，由能与电磁波产生新型相互作用的小电路组成。最近，已经创建了一类新的超材料来模拟显示电磁感应透明（EIT）的介质的行为。在这里，我们介绍了一种平面EIT超材料，通过在暗元件中采用超导Nb膜和在辐射元件中采用正常金属Au膜，在暗谐振器和辐射谐振器之间产生非常大的损耗对比。在Nb的临界温度以下，电阻对比度打开了透明窗口，同时群延迟大大增强，从而使波显著减慢。我们进一步证明了通过超流体密度的变化精确控制EIT响应。这种可调谐超材料可能是有用的电信，因为它们的大延迟带宽产品。
2011-07-21 cond-mat.supr-con physics.optics
Manifestation of chirality in the vortex lattice in a two-dimensional topological superconductor
通过求解超导序参量的Bogoliubov-de Gennes方程组，研究了具有Rashba自旋轨道耦合和Zeeman场的二维s波拓扑超导体中的涡旋晶格.我们发现，当自旋-轨道耦合是相对较弱的，在拓扑超导态的两个基本的手征之一，可以强烈地体现在涡核结构，并管理系统的响应涡度和一个非线性杂质的涡被钉扎。在涡核中的Majorana零模式被发现是强大的，对杂质的杂质，它仍然有效地保持一个零能量的束缚态，无论杂质的潜在强度和主要的手征。弱自旋轨道耦合时，Majorana束缚态的自旋极化取决于主手征，强自旋轨道耦合时，自旋极化仅由涡度决定.
2016-08-17 cond-mat.supr-con
Two-tone spectroscopy of a SQUID metamaterial in the nonlinear regime
由含有约瑟夫森结的超导环制成的紧凑型微波谐振器（SQUID）是构建具有低损耗和显著非线性特性的频率可调谐超材料的有吸引力的候选者。我们探索的SQUID超材料的非线性进行了双音共振光谱。实验和理论研究了超材料在强激励下的小振幅响应。在存在泵浦音的情况下测量弱探测信号的透射系数$S_{21}$。增加泵浦功率，我们观察到SQUID的共振频率$f_{\textrm{res}}$的明显振荡。这些振荡的形状随泵浦音$f_{\textrm{dr}}$的频率而显著变化。对探测信号的响应显示不稳定性和边带。观察到一个具有强二次谐波产生的态。我们提供了一个理论分析，这些意见，这是在很好的协议与实验结果。
2019-08-30 cond-mat.supr-con physics.app-ph
Quantum nucleation of effective Minkowski spacetime in hyperbolic metamaterials based on high Tc superconductors
我们证明了高Tc超导体在远红外和太赫兹频率范围内表现出双曲超材料行为。在太赫兹波段，双曲线行为只发生在正常态，而在超导态不存在传播模式。波动方程描述了双曲型超材料中非常光的传播，具有2+1维洛伦兹对称性。在相应的有效三维闵可夫斯基时空中，时间的作用是由垂直于氧化铜层的空间坐标所扮演的。这种基于超导体的双曲超材料在T=0时表现出量子相变，其中有效闵可夫斯基时空在外部磁场的某个临界值处出现在超导体的混合态中。闵可夫斯基时空的成核是通过量子化的阿布里科索夫涡旋的形成而发生的，因此这些涡旋扮演着有效闵可夫斯基时空量子的角色。
2013-11-20 cond-mat.supr-con gr-qc physics.optics
Manifestations of spin-orbit coupling in a cuprate superconductor
关于Bi 2212的令人兴奋的新工作显示了如在自旋分辨的ARPES数据中所见的非平凡自旋-轨道耦合效应的存在[Gotlieb等人，Science，362，1271-1275（2018）]。受这些观察的启发，我们考虑如何在铜氧化物超导体中观察到通过局部反转对称性破缺的自旋-轨道耦合的图像。此外，我们研究了两个自旋-轨道驱动效应，自旋-霍尔效应和Edelstein效应，专注于它们在正常和超导状态下实现的细节。
2019-12-12 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Single-artificial-atom lasing using a voltage-biased superconducting charge qubit
我们考虑一个由单个人工原子耦合到腔模的系统。人工原子被偏置，使得系统中最主要的弛豫过程将原子从其基态带到其激发态，从而确保粒子数反转。最近的一个实验证明了这种情况是使用电压偏置超导电荷量子比特实现的。即使在“反向弛豫”条件下，如果“弛豫”速率大于某个阈值，激光作用也会被抑制。使用简单的过渡率参数和半经典计算，我们推导出解析表达式的激光抑制条件和状态的腔中的激光和抑制激光制度。数值计算的结果与解析推导的结果吻合得很好。我们首先分析了一个简化的二能级原子模型，然后分析了一个三能级原子模型，该模型可以准确地描述最近实现的超导人工原子激光器。
2009-02-18 cond-mat.supr-con quant-ph
