Aluminum Hard Mask Technique for the Fabrication of High-Quality Submicron Nb/Al-AlOx/Nb Josephson Junctions
我们发展了一种结合微影与电子束微影的制程，以制作次\mum至\mum尺寸的Nb/Al-AlOx/Nb约瑟夫森结。为了在阳极氧化期间限定结尺寸并保护其顶部电极，我们开发并使用了铝硬掩模的新概念。约瑟夫森结的尺寸下降到0.5 \mum 2已制造和彻底的特点。我们发现它们具有非常高的质量，这可以通过在4.2 K下具有质量参数Vm > 50 mV和Vgap = 2.8 mV的IV曲线以及在较低温度下获得的1.75-1.93 mV的IcRN产品来证明。为了测试我们的超导量子比特的制造过程的可用性，我们还设计，制造和实验研究这些结制成的相位量子比特。我们发现弛豫时间T1 = 26 ns和失相时间T2 = 21 ns。
2010-11-04 cond-mat.supr-con
Structural disorder and critical voltage scaling in Al/AlOx/Al Josephson junction arrays
CSIRO Manufacturing（联邦科学工业研究组织制造部）；School of Physics, University of New South Wales（新南威尔士大学物理学院）
本研究探究制备诱导结构缺陷对Al/AlOx/Al约瑟夫森结阵列临界电压标度的影响，明确了不同结构修改对集体输运的作用，为量子滑移器件设计提供指导。
2026-08-25 cond-mat.supr-con
Flux noise in ion-implanted nanoSQUIDs
聚焦离子束（FIB）技术已被用于制造微型Nb DC SQUID，其包含连续分流的微桥结和中心环，孔直径范围从1058 nm到50 nm。具有50 nm孔径的最小器件在10^{4} Hz时的白通量噪声水平为2.6 microphy_{0} /Hz^{0.5}。研究了SQUID的磁通噪声特性和聚焦效应随孔径的变化规律。所观察到的低频磁通噪声的不同设备进行了比较，由于在FIB处理和SQUID垫圈中的热激活磁通跳跃的缺陷的自旋波动的贡献。
2010-03-29 cond-mat.supr-con
Multi-terminal multi-junction dc SQUID for nanoscale magnetometry
超导量子干涉器件的小型化对于发展灵敏的扫描纳米磁测量工具具有重要意义。然而，nanoSQUID的高灵敏度仅限于所施加的磁场的特定周期值，使得不可能在磁场的中间值处进行精确测量。我们提出了一个多终端，多结SQUID（mSQUID），解除这种限制，通过提供电子手段的量子干涉图案相对于所施加的电场的连续移位的理论研究。对4端子、4结和3端子、3结mSQUID的分析表明，通过向额外端子施加控制电流，可以在任何磁场值下获得最大灵敏度的操作。该模型描述了控制电流，结的不对称性，和mSQUID电感的函数的干涉图案的变化和移位。的mSQUID还示出提供超导结的电流-相位关系的直接测量。衍生的模型提供了一个定量的描述最近开发的多终端nanoSQUID的尖端。
2016-06-17 cond-mat.supr-con
Self-shunted Al/AlOx/Al Josephson junctions
采用阴影蒸发技术制备了具有高透明势垒的自分流铝约瑟夫森结，并在低温下进行了测量，T=25 mK。由于高的结透明度，IV特性被发现是只有很小的滞后与再俘获开关电流比高达80%。观察到的临界电流接近Ambegaokar-Baratoff值（高达80-100%）。良好的势垒质量被证实的准粒子分支，这使得自分流铝结集成RSFQ-qubit电路的应用前景较低的子隙漏电流。
2006-05-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Single-charge devices with ultrasmall Nb/AlOx/Nb trilayer Josephson junctions
采用标准的Nb/AlOx/Nb三层膜制备了约瑟夫森结晶体管和线性结尺寸从200 nm到70 nm的50结阵列。制造工艺包括电子束光刻、干法蚀刻、阳极氧化和通过化学机械抛光的平面化。样品在低至25 mK的温度下进行表征。在一般情况下，所有的结都是高品质的，它们的I-U特性显示出低的漏电流和高的超导能隙值为1.35 meV。晶体管和阵列的特性在子带隙区域中表现出一些特征，这些特征与由于结之间的偏置电压的重新分配而导致的库珀对、准粒子及其组合的隧穿有关。晶体管样品的总岛电容范围为1.5 fF至4 fF，这取决于结的尺寸。由线性尺寸小于100 nm × 100 nm的结制成的器件在超导和正常状态下都表现出显著的单电子行为。我们还研究了晶体管和阵列样本的结电容的面积依赖性。
2004-10-12 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Optimizing the spin sensitivity of grain boundary junction nanoSQUIDs -- towards detection of small spin systems with single-spin resolution
我们提出了一个优化研究的自旋灵敏度的nanoSQUID的基础上，反向分流晶界约瑟夫森结。此外，dc SQUID包含一个狭窄的收缩，小的磁性粒子可以放置在该收缩上（其磁矩在SQUID环的平面内并垂直于晶界），以有效地将其杂散磁场耦合到SQUID环。最佳耦合位置与结的分离允许耦合因子$ϕ_μ$和结性质的独立优化。我们提出了不同的方法来计算$ϕ_μ$（放置在10 nm以上的收缩的磁性纳米粒子）作为一个功能的设备的几何形状，并表明，这些产生一致的结果。此外，通过数值模拟，我们得到的SQUID电感对我们的设备的几何参数的依赖性的一般表达式，这允许估计它们的影响的磁通噪声$S_Φ$的SQUID在热白噪声制度的频谱密度。我们的分析$S_Φ$和$ϕ_μ$的SQUID布局的几何参数的依赖性产生几个$μ_{\rm{B}}/\rm{Hz^{1/2}}$（$μ_B$是玻尔磁子）优化参数的自旋灵敏度$S_μ^{1/2}=S_Φ^{1/2}/ϕ_μ$，尊重技术约束。然而，通过与实验实现的设备相比，我们发现显着更大的值为测得的白通量噪声相比，我们的理论预测。尽管如此，对于优化的器件，$10\,μ_{\rm B}/\rm{Hz^{1/2}}$量级的自旋灵敏度似乎是现实的。
2014-06-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Electrical stress effect on Josephson tunneling through ultrathin AlOx barrier in Nb/Al/AlOx/Nb junctions
本文研究了直流电应力和击穿对Nb/Al/AlOx/Nb超导数字电子学中具有AlOx势垒的结中约瑟夫森和准粒子隧穿的影响。在室温下对隧道势垒连续施加应力后，测量了室温下的结电导和4.2K下的电流-电压（I-V）特性。使用具有从0到~1000 Ic范围内的增加幅度的电流斜坡施加电应力，所述电流斜坡对应于跨越势垒的高达0.65 V的电压，其中Ic是约瑟夫森临界电流。一个非常软的击穿已被观察到与极性相关的击穿电流（电压）。亚间隙电导的交界处，次谐波电流阶跃的外观，并逐渐增加的临界和过剩电流，以及正常状态下的电阻下降的显着增加已被观察到。观察到的超导隧穿的变化表明，在隧道势垒中的电场引起的缺陷和相关的附加导电通道（超导量子点接触（SQPC））的数量逐渐增加的模型。通过比较这些传导通道的I-V特性与基于Averin和Bardas的多次Andreev反射的SQPC中电流输运的非稳态理论，估计诱导SQPC的典型透明度D为D ~ 0.7。发现诱导SQPC的数量随着跨势垒电压的增加而增加，为sinh（V/V_0），V_0 = 0.045 V，与离子电迁移缺陷形成的模型吻合得很好。所观察到的击穿电流（电压）的极性依赖性也与模型一致。
2008-06-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Fabrication of Nb/Al(AlOx)/Nb DC SQUID by focused ion beam sculpturing
采用聚焦离子束三维刻蚀技术制备了高重复性的Nb/Al（AlOx）/Nb约瑟夫森结基直流超导量子干涉器件（DC SQUID）。通过改变Al阻挡层和氧暴露时间，制备了临界电流为25 ~ 1100微安的滞后和非滞后DC SQUID。所制备的直流SQUID具有周期性的磁通依赖性，在4.2K时调制因子高达92%。
2011-07-04 cond-mat.supr-con
NanoSQUIDs: Basics & recent advances
超导量子干涉器件（SQUID）是超导电子学中最受欢迎的器件之一。他们将约瑟夫森效应与超导体中磁通量的量子化结合起来。这就产生了固态中宏观量子相干性最美丽的表现之一。此外，SQUID是非常敏感的传感器，允许将磁通量转换为可测量的电信号。因此，可以转换成磁通量的任何物理可观测量，例如，电流、磁化强度、磁场或位置变得易于被SQUID传感器访问。在20世纪80年代后期，很明显，将SQUID的尺寸缩小到纳米尺度将包括其对局部微小磁信号的灵敏度的巨大增加。事实上，nanoSQUID开辟了研究的道路，例如，单个磁性纳米颗粒或表面磁性状态具有前所未有的灵敏度。这篇评论的目的是提出一个详细的调查微观和纳米SQUID传感器。我们将从讨论SQUID的工作原理开始，重点放在它们作为小的局部磁信号的超灵敏探测器的应用上。我们将继续回顾一些现有的基于不同种类的约瑟夫森结和材料的器件，重点是它们的优点和缺点。最后几节是留给nanoSQUID在扫描SQUID显微镜和磁性颗粒表征领域的应用，特别强调对单个磁性纳米颗粒的研究。
2018-05-18 cond-mat.supr-con
Properties of ferromagnetic Josephson junctions for memory applications
在这项工作中，我们给出了一个表征的RF效应的记忆开关的Nb-Al/AlOx-（Nb）-Pd $_{0.99}$ Fe $_{0.01}$ -Nb约瑟夫森结作为磁场脉冲幅度和持续时间的函数，以及这样的结的电动力学特性，与标准的Nb-Al/AlOx-Nb隧道结相比。利用微波来调节磁约瑟夫森结的开关参数是发展旨在改善超导存储器性能的新型寻址方案的一个步骤。
2018-05-17 cond-mat.supr-con
Dynamic Versus Static Oxidation of Nb/Al-AlOx/Nb Trilayer
本文研究Nb/Al-AlOx/Nb结中薄AlOx势垒的静态与动态氧化，利用原位椭圆偏振测量实时表征生长，并通过测试结验证Jc与氧暴露量的关系。
2024-09-08 cond-mat.supr-con
Fabrication Process and Properties of Fully-Planarized Deep-Submicron Nb/Al-AlOx/Nb Josephson Junctions for VLSI Circuits
在200 mm厚的CMOS晶圆上开发了一种尺寸小至200 nm的Nb/Al-AlOx/Nb约瑟夫森结（JJ）的制造工艺。该工艺是麻省理工学院林肯实验室开发的具有4、8和10个铌层的超导体集成电路的全平面化制造工艺路线图的几个节点的核心。该工艺利用248 nm光刻、阳极氧化、高密度等离子体蚀刻和化学机械抛光（CMP）来平坦化SiO $_2$层间电介质。JJ电性能和统计数据，如临界电流的片上和晶片扩散、$I_c$、正常状态电导、$G_N$和批次间再现性，已在200 mm晶片上在200 nm至1500 nm的JJ直径和10 kA/ $cm^2$至50 kA/$cm^2$的临界电流密度$J_c$的宽范围内测量，其中JJ变为自分流。讨论了衍射极限光刻技术。给出了在相干和部分相干照明条件下，JJ掩模尺寸、JJ尺寸与最小可印刷尺寸之间的关系。已发现获得的$G_N$和$I_c$扩展主要是由JJ区域的变化引起的，并且与模型一致，该模型解释了JJ的衍射限制的最小可打印尺寸附近的掩模误差的增强。对于尺寸从1500 nm到500 nm的JJ，获得了从0.8%到3%的$I_c$和$G_N$分布。对于200 nm JJ，价差增加到约8%。讨论了电路密度> $10^6$ JJ/ $cm^2$和用于JJ定义的193纳米光刻的前景。
2014-12-19 cond-mat.supr-con
Fabrication of Al/AlOx/Al junctions with high uniformity and stability on sapphire substrates
本文通过优化电子束光刻导电层工艺，在蓝宝石衬底上制备了高均匀性和高稳定性的Al/AlOx/Al约瑟夫森结，为大规模超导量子芯片制造奠定基础。
2024-05-07 cond-mat.supr-con quant-ph
Tapping-mode SQUID-on-tip Microscopy with Proximity Josephson Junctions
本文提出结合 AFM 与邻近结 nanoSQUID 的轻敲模式 SQUID-on-tip，实现无激光、无外部辐射下电流、磁性、耗散和形貌的同步纳米成像。
2025-08-29 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Properties of Unshunted and Resistively Shunted Nb/AlOx-Al/Nb Josephson Junctions With Critical Current Densities from 0.1 mA/μm^2 to 1 mA/μm^2
研究了具有高临界电流密度Jc的无分流和外分流约瑟夫森结（JJs）的电流-电压特性，以提取其基本参数和统计特性，为超导集成电路中的JJ建模提供依据，并评估其在未来技术节点中的潜力。采用全平坦化工艺，分别采用薄层电阻Rsq = 2 Ω/sq和Rsq = 6 Ω/sq的Mo和MoNx薄膜分流电阻，制备了直径为0.5 ~ 6 μm的Nb/AlOx-Al/Nb结。我们使用我们的标准MIT LL工艺SFQ 5ee制造Jc = 0.1 mA/μm^2的JJ，使用我们的新工艺SFQ 5 hs制造Jc = 0.2 mA/μm^2的JJ，电流密度高达约1 mA/μm^2。使用LRC谐振特性的I-V特性的分流JJ，我们提取的电感与钼分流电阻为1.4 pH/sq。该电感的主要部分，约1.1 pH/sq，是40纳米钼电阻膜的电感，而超导Nb布线的几何电感贡献的休息。我们将这种大电感归因于在角频率为ω的电磁场中薄的正常金属膜的复电导率产生的动力学电感，σ（ω）=σ0/（1+iωτ），其中σ0是静态电导率，τ是电子散射时间。利用一个大面积非分流高Jc结中的共振，由一个小面积分流的耦合JJ激发，我们提取了高Jc结在0.1 ~ 1 mA/μm^2 Jc范围内的约瑟夫森等离子体频率和比电容。我们还提供了关于JC目标和JJ临界当前点差的数据。本文讨论了在超大规模集成电路单通量量子线路中使用0.2 mA/μm^2结和在高…
2017-02-08 cond-mat.supr-con
Mesoscopic proximity effect in double barrier Superconductor/Normal Metal junctions
我们报告运输测量到T= 60 mK的SININ和SNIN结构的扩散限制。制备了Al-AlOx/Cu/AlOx/Cu（SININ）和Al/Cu/AlOx/Cu（SNIN）垂直结。首次在金属SININ结构中观察到零偏异常。我们把这个电导峰归因于两个隧道势垒之间的电子的相干多次反射。该电导最大值由介观SININ结构的相关理论定量拟合。当SN界面处的势垒被移除（SNIN结构）时，我们观察到在有限电压下的电导峰值伴随着过量的子带隙电导。
2002-01-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
A dispersive nanoSQUID magnetometer for ultra-low noise, high bandwidth flux detection
我们描述了一种色散纳米SQUID磁强计组成的两个可变厚度的铝弱连接约瑟夫森结并联与片上电容器并联。当直接耦合到50 $Ω$传输线时，这种布置形成具有可调谐4-8 GHz谐振频率的非线性振荡器，其品质因数Q = 30。在存在近谐振微波载波信号的情况下，低频通量输入产生边带，该边带易于使用微波反射计检测。如果载波激励足够强，则磁力计也表现出参数增益，导致最小有效磁通噪声为30 n $Φ_0$ /Hz $^{1/2}$，瞬时带宽为20 MHz。如果磁力计后面跟着一个近量子噪声限制的约瑟夫森参量放大器，我们可以增加带宽到60 MHz，而不影响灵敏度。这种高灵敏度和宽带宽与无片上耗散的组合使该器件成为经典和量子自旋动力学局部传感的理想选择。
2013-01-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Low-Noise YBa$_2$Cu$_3$O$_7$ NanoSQUIDs for Performing Magnetization-Reversal Measurements on Magnetic Nanoparticles
采用聚焦离子束构图技术制备了基于晶界约瑟夫森结的YBa $_2$ Cu $_3$ O $_7$（YBCO）直流纳米超导量子干涉器件（nanoSQUID）。在4.2 $\,$ K在磁屏蔽环境中的电传输和噪声特性的表征产生一个非常小的电感$L$的几个pH值的优化的设备的几何形状。这又导致在热白噪声极限中磁通噪声$<50\,{\rm n}Φ_0/{\rm Hz}^{1/2}$的值非常低，这产生几个$μ_{\rm B}/{\rm Hz}^{1/2}$的自旋灵敏度（$Φ_0$是磁通量量子，而$μ_{\rm B}$是玻尔磁子）。我们观察到依赖于频率的过量噪声高达7 $\,$ MHz，这只能部分消除偏置反转读出。这表明未知来源的波动的存在下，可能与缺陷引起的自旋在SrTiO $_3$基板。我们展示了潜在的使用YBCO nanoSQUID的小自旋系统的调查，通过放置一个39 $\,$ nm直径的Fe纳米线，封装在碳纳米管，顶部的非优化的YBCO nanoSQUID和通过测量的Fe纳米线的磁化反转耦合到nanoSQUID的磁通量的变化。铁纳米线的磁化反转后测得的磁通信号是在非常好的协议与估计值，和确定的开关字段指示通过卷曲模式的纳米线的磁化反转。
2015-03-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Characterization of Asymmetric Gap-Engineered Josephson Junctions and 3D Transmon Qubits
本研究制备并表征了非对称能隙工程约瑟夫森结及3D transmon量子比特，通过Ti近邻化Al电极构建非对称能隙，探究了层间无序对近邻效应、亚能隙电流及量子比特弛豫时间的调控作用。
2023-02-23 cond-mat.supr-con quant-ph
Tunable Nb superconducting resonators based upon a Ne-FIB-fabricated constriction nanoSQUID
混合超导-自旋系统提供了将高度相干的原子量子系统与超导电路的可扩展性相结合的潜力。为了充分利用这一潜力，需要一个高品质因数的微波谐振器，频率可调，并能够在自旋系统的最佳磁场工作。这样的磁场通常排除了先前已用于可调谐高$Q$微波谐振器的常规Al基约瑟夫森结器件。铌（Nb）的较大临界场允许制造具有大的场弹性的微波谐振器。在这里，我们演示了如何收缩型弱链接，图案平行到铌共面谐振器的中心导体使用氖聚焦离子束（FIB），可以用来实现频率可调谐振器。我们研究通过两个这样的设备传输，并展示他们如何实现高品质因数，可调，字段弹性设备，未来的应用程序耦合自旋系统的承诺。
2019-01-07 cond-mat.supr-con physics.app-ph
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
Quantum Phase Dynamics in an LC shunted Josephson Junction
本文从理论和实验两方面研究了LC串联电路与约瑟夫森结并联对约瑟夫森动力学的影响。壳层电路的存在引入了两个能量尺度，在特定情况下，这可能与隔离结的等离子体频率有很大不同。约瑟夫森结采用Nb/Al-AlOx/Nb制造技术制造，具有各种片上LC分流电路。在量子极限的光谱测量显示出良好的协议与理论考虑到并联电感和电容的电阻和电容并联结模型。结果清楚地表明，系统的动力学是二维的，导致系统的两个共振模式。这些发现对基于约瑟夫森结的量子比特的设计和操作具有重要意义。
2011-05-21 cond-mat.supr-con
Microstrip superconducting quantum interference device amplifiers with submicron Josephson junctions: enhanced gain at gigahertz frequencies
本文介绍了基于亚微米Al-AlOx-Al约瑟夫森结的直流超导量子干涉器件（SQUID）的放大器的测量。小的结尺寸降低了它们的自电容，并允许使用相对较大的电阻分流器，同时保持非滞后操作。这导致SQUID传递函数的增强相比，SQUID与微米级结。器件布局从常规SQUID的布局修改，以允许将信号耦合到放大器中，对于相对短的微带线圈具有显著的互感。在310 mK下的测量在1.55 GHz下表现出32 dB的增益。
2010-08-05 cond-mat.supr-con
A Josephson junction defect spectrometer for measuring two-level systems
我们制作并测量了约瑟夫森结缺陷谱仪（JJDS），它是一种频率可调谐的近谐振子，用于探测约瑟夫森结（JJ）势垒中的强耦合二能级系统（TLS）。JJDS适应宽范围的结电感$L_{J}$，同时将谐振频率$f_{0}$保持在4-8 GHz的范围内。通过施加磁通量偏置来调谐$f_{0}$，我们在结势垒中检测到强耦合的TLS作为器件光谱中的分裂。用通孔式Al/热AlOx/Al结制造并在30 mK下用单光子激发能级测量的JJDS显示出在$σ_{TLS}h = 0.4-0.5 /GHz μm^2$范围内的TLS密度和$\tan δ_{J} = 2.9x10^{-3}$的结损耗角正切。
2012-03-20 cond-mat.supr-con
Substrate insulated Josephson junctions for superconducting quantum circuits
Karlsruher Institut für Technologie（卡尔斯鲁厄理工学院）；Fraunhofer-Institut für Elektronische Nanosysteme, Chemnitz（弗劳恩霍夫电子纳米系统研究所，开姆尼茨）；Institut für Quantenmaterialien und Technologie, Karlsruher Institut für Technologie（量子材料与技术研究所，卡尔斯鲁厄理工学院）
开发了一种利用三维图案化低损耗衬底替代有机抗蚀剂的约瑟夫森结制备技术，可制造高质量三层结，避免引入导致退相干的氧化物和有机材料，适用于高速高温量子电路。
2026-06-11 cond-mat.supr-con
Decoherence in dc SQUID phase qubits
我们报告测量拉比振荡和光谱相干时间在Al/AlOx/Al和三个Nb/AlOx/Nb dc SQUID相位量子比特。SQUID的一个结充当相位量子位，另一个结充当电流控制的非线性隔离电感器，使我们能够将与电流偏置引线的耦合原位改变一个数量级。我们发现Al量子位的光谱相干时间T ~ 2 ~* 在3 ~ 7 ns之间变化，Rabi振荡的衰减包络在80 mK时的时间常数T'平均为25 ns。三个Nb器件也显示T2* 在4至6 ns的范围内，但T'为9至15 ns，仅为我们在Al器件中发现的值的约1/2。对于所有的设备，时间常数是大致独立的偏置线的隔离，这意味着噪声和耗散的偏置引线的失相和不均匀加宽的主要来源。
2008-04-28 cond-mat.supr-con
NbN/AlN/NbN Josephson junctions on sapphire for receiver applications
目前发展最快的THz辐射集成接收器是基于约瑟夫森结SIS器件的。在这种装置中，最高可接收频率由超导电极的能隙确定，并且在Nb/AlOx/Nb多层的情况下限于约700 GHz。我们开发了一种蓝宝石衬底上的NbN/AlN/NbN约瑟夫森结技术，该技术允许在1 THz以上的频率下工作。在高达775 °C的温度下，在三室直流磁控溅射系统中原位沉积三层。每层在氩气和氮气气氛中反应溅射。通过改变等离子体的气体分压和放电电流，找到了最佳的沉积条件，在4.2K时，获得了高达5.1mV的间隙电压，使JJ器件的工作频率超过1 THz。
2016-12-08 cond-mat.supr-con
Investigation of all niobium Nano-SQUIDs based on sub-micrometer cross-type Josephson junctions
我们报告具有亚微米环尺寸的高灵敏度SQUID的发展。高质量和低电容SIS Nb/AlOx/Nb交叉型约瑟夫森隧道结的集成导致低至66 $Φ_0$ /Hz $^{ 1/2} $的白通量噪声水平，远低于基于收缩型结的Nb基对应物的最新值。对最佳SQUID自旋灵敏度的估计在白噪声区产生$S_μ^{ 1/2} < 7 μ_B$ /Hz $^{ 1/2} $，适合于小自旋系统的研究。我们讨论了制造的挑战，显示结果的电气特性的设备与各种皮卡循环，并描述了进一步改进的选项，这可能会推动这种设备的灵敏度，甚至单自旋分辨率。
2015-01-05 cond-mat.supr-con
Multiple energy gap features of superconducting FeSe investigated by tunneling spectroscopy
制备并研究了可能是非常规超导体FeSe的平面隧穿结。该结由光刻图案化成台面结构的FeSe/AlOx/Ag多层膜组成。研究了隧道结、中间势垒强度结和金属结的偏置电压依赖的微分电导率dI/dV（V）。根据势垒类型之间的两个和四个功能的电导率，这是讨论在多个超导能隙的框架。具体来说，我们再现了所有的障碍类型的一个既定的能隙，并发现了一个额外的大间隙结构。从另外两个导电性特征可以推测，一个源自另一个超导能隙，另一个源自共振态。
2015-06-05 cond-mat.supr-con
Low-frequency Noise in Josephson Junctions for Superconducting Qubits
研究了阴影蒸发Al/AlOx/Al隧道结的低频电阻起伏。在300 K和5 K之间，谱密度遵循1/f定律。低于5 K时，单个缺陷会扭曲光谱的1/f形状。谱密度在150 ~ 1 K之间随温度线性下降，在0.8K以下达到饱和。在4.2 K时，谱密度比最近的一次调查所预期的要低两个数量级[D. J. Van Harlingen等人，B 70，064510（2004）]。由于低于0.8 K的饱和度，在100 mK下估计的量子位退相时间仅比Van Harlingen等人计算的时间长约两倍。
2006-10-03 cond-mat.supr-con
All-MgB2 Josephson tunnel junctions
利用分子束外延生长的MgB_2薄膜首次制备了三明治型全MgB_2约瑟夫森隧道结（MgB_2/AlOx/MgB_2）。结表现出相当大的超导电流（IcRN产品~ 0.8 mV在4.2 K），一个明确的超导能隙（δ = ~2.3 mV），和明确的夫琅和费模式。δ的超导能隙电压与多能隙情况下的小能隙电压一致。结果表明，MgB 2在T ~ 20 K的超导电子学中具有广阔的应用前景。
2004-12-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
YBa2Cu3O7 grain boundary junctions and low-noise superconducting quantum interference devices patterned by a focused ion beam down to 80 nm linewidth
采用聚焦离子束刻蚀技术制备了宽度为$80\,{\rm nm} \le w \le 7.8\,μ$ m的YBaPDMATHABMMCuPDMATHABMNOPDMATHABM24PDMATHABMP（30PDMATHABMP）双晶晶界结（GBJ），并与60nm（20nm）厚的Au进行了分流.在4.2K时，我们发现临界电流密度$j_c$在$10^5\,{\rm A/cm^2}$范围内% \dkc{\#1}（对$w$没有明显的依赖性），电阻乘以结面积$ρ$的增加与近似缩放$ρ\propto w^{1/2}$有关。对于最新的GBJs $j_cρ\approx 100\,μ$ V，这是有希望的实现灵敏的nanoSQUID检测小自旋系统。我们表明，我们的制造工艺允许实现敏感的纳米级直流SQUID的SQUID与$w\approx 100$ \，nm宽的GBJ，我们发现一个均方根磁通噪声谱密度的$S_Φ^{1/2}\approx 4\,μΦ_0/{\rm Hz}^{1/2}$的白噪声限制。我们还推导出一个表达式的自旋灵敏度$S_μ^{1/2}$，这取决于$S_Φ^{1/2}$，上的位置和取向的磁性粒子的磁矩被检测的SQUID，和SQUID的几何形状。对于这里给出的未优化的SQUID，我们估计了$S_μ^{1/2}=390\,μ_B/\sqrt{\rm{Hz}}$，它可以进一步提高至少一个数量级。
2010-09-14 cond-mat.supr-con
Magnetic Josephson Junctions with Superconducting Interlayer for Cryogenic Memory
我们研究磁约瑟夫森结（MJJ）-一种具有铁磁势垒的超导器件，用于可扩展的高密度低温存储器，与节能的单通量量子（SFQ）电路兼容。对超导体-绝缘体-超导体-铁磁-超导体（SIS'FS）MJJ进行了实验和理论分析。我们发现，SIS的FS结的性质分为两个不同的类的S'层的厚度的基础上。我们使用HYPRES和ISSP制造工艺的组合的共处理方法来制造Nb-Al/AlOx-Nb-PdFe-Nb SIS的FS MJJ。具有薄超导S '层的所得SIS'FS结构基本上受铁磁层整体的影响。我们制造这些类型的结，以达到与用于超导SFQ电子器件的传统SIS结的器件兼容性，以确保基于MJJ的电路和基于SIS JJ的超快数字SFQ电路的无缝集成。我们报告的MJJ的实验结果，证明其适用于超导存储器和数字电路。这些MJJ表现出的IcRn产物仅比在相同制造中共同产生的常规SIS结的IcRn产物低约30%。这些SIS的FS结构的解析计算与实验符合得很好。讨论了MJJ器件在存储器和可编程逻辑电路中的应用。
2012-12-04 cond-mat.supr-con
Strong-field effects in the Rabi oscillations of the superconducting phase qubit
拉比振荡已经在许多超导设备中观察到，并且代表量子计算机中量子比特（qubit）的原型逻辑操作。我们利用三能级多光子分析来理解超导相位量子比特（电流偏置约瑟夫森结）在高微波驱动功率下的行为。交流斯塔克位移，单光子拉比频率，和双光子拉比频率的分析和数值计算结果进行了比较，与Nb/AlOx/Nb隧道结的直流SQUID相位量子比特的测量。理论与实验结果吻合较好。
2007-03-02 cond-mat.supr-con
Nonlinear microwave response of aluminum weak-link Josephson oscillators
我们提出了在T= 30 mK的驱动响应的6 GHz超导谐振器的电容分流三维（3D）铝纳米桥超导量子干涉器件（nanoSQUID）构建。我们观察到的磁通调制的谐振频率的定量协议与数值计算和近理想的短弱连接结的特点。在强微波激励下，我们观察到稳定的分岔耦合品质因数（Q）的范围从30-3500的设备。在此偏置点附近，观察到增益> 20 dB、带宽40 MHz和接近量子极限噪声性能的参量放大。我们的研究结果表明，三维纳米桥结是有吸引力的电路元件，以实现量子比特。
2011-01-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
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
Sub-micron normal-metal/insulator/superconductor tunnel junction thermometer and cooler using Nb
我们利用电子束光刻和角度蒸发技术在亚微米尺度上成功地制备了Cu/AlOx-Al/Nb正常金属/绝缘体/超导体隧道结器件，其超导能隙高达$\sim 1$ mV。这些结的亚能隙电导显示出预期的强温度依赖性，使它们适合从100 mK到6 K的温度测量。此外，在间隙边缘附近的偏置值处，也可以看到正常金属的一些直接电子冷却。的Al层的几何形状的细节，与横向溢出的铝产生强大的额外的subgap功能的设备性能的强烈影响，和Al层的厚度影响的超导Al/Nb双层的接近的超导能隙值。
2012-06-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Quasiparticles in superconducting qubits with asymmetric junctions
设计超导能隙的空间分布--能隙工程--长期以来被认为是控制超导器件中准粒子的有效方法。在铝膜中，它们的厚度调节间隙;因此，Al/AlOx/Al约瑟夫森结的标准制造（其依赖于在较薄的膜的顶部上重叠较厚的膜）总是导致间隙设计的器件。在这里，我们重新考虑超导量子比特中的准粒子效应，以明确地解释约瑟夫森结两侧带隙中不可避免的不对称性。我们发现，可以遇到不同的制度中的准粒子有相似的密度在两个结的铅，或在很大程度上局限于较低的间隙铅。定性地，对于类似的密度，量子位的激发态布居较低，但其弛豫速率高于当准粒子被限制时;因此，在量子位中的两个期望性质之间存在潜在的权衡。
2022-11-27 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Multilayer technique developed for fabricating Nb-based single-electron devices
基于旋涂玻璃平坦化技术，发展了一种可靠的全铌单电子电路制造工艺。工艺步骤是原位生长Nb/AlOx/Nb夹层，通过使用反应离子蚀刻定义结、基极和布线的图案，以及平坦化基极和布线之间的旋涂玻璃绝缘。由0.1平方微米面积结制成的单电子晶体管清楚地示出了通过施加到栅极的电压的e周期性库仑阻塞调制。
1998-04-17 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Three-Axis Vector Nano Superconducting Quantum Interference Device
介绍了一种三轴矢量纳米超导量子干涉仪（nanoSQUID）的设计、实现和性能。它由三个相互正交的SQUID纳米环组成，可以区分放置在特定位置的单个纳米颗粒的矢量磁矩的三个分量。该器件基于Nb/HfTi/Nb约瑟夫森结，线宽为$\sim 250$ nm，内环面积为$600 \times 90$ nm $^2$和$500 \times 500$ nm $^2$。在温度$T=4.2$ K，外部磁场高达$\sim 50$ mT的操作证明。实验磁通噪声低于$\sim 250$ ${\rm n}Φ_0/\sqrt{\rm Hz}$的白噪声限制和减少的维度导致总计算的自旋灵敏度的$\sim 630$ $μ_{\rm B}/\sqrt{\rm Hz}$和$\sim 70$ $μ_{\rm B}/\sqrt{\rm Hz}$的平面内和平面外的矢量磁矩的分量，分别。潜在的研究个别纳米磁体的三维特性的设备进行了讨论。
2016-06-23 cond-mat.supr-con
Nb nano superconducting quantum interference devices with high spin sensitivity for operation in magnetic fields up to 0.5\,T
研究了基于Nb薄膜和HfTi势垒的过阻尼约瑟夫森结的微带型亚微米直流超导量子干涉器件的电输运和噪声特性。SQUID被设计用于在垂直于衬底平面施加的中间磁场$B$（数十mT）中操作时的最佳自旋灵敏度$S_μ^{1/2}$。我们迄今为止最好的SQUID可以在高达$B\approx\pm50\,\rm{mT}$的磁场中连续工作，均方根磁通噪声$S_{Φ,\rm w}^{1/2}\leq250\,\rm{nΦ_0/Hz^{1/2}}$处于白噪声状态，自旋灵敏度为$S_μ^{1/2}\leq29\,\rm{μ_B/Hz^{1/2}}$。此外，我们证明了在通量$S_{Φ,\rm w}^{1/2}\approx680\,\rm{nΦ_0/Hz^{1/2}}$和电子自旋$S_μ^{1/2}\approx79\,\rm{μ_B/Hz^{1/2}}$中具有高灵敏度的$B=0.5\,\rm{T}$中的操作。我们讨论了进一步提高nanoSQUID性能的策略。
2013-04-29 cond-mat.supr-con
Stress Accommodation in Nanoscale Dolan Bridges Designed for Superconducting Qubits
针对超导量子比特中Dolan桥易断裂的问题，提出一种结合应力释放通道的Josephson结光刻掩模设计，仿真显示横向应力降低超70%，实验实现100多个结100%良率。
2025-02-01 cond-mat.supr-con quant-ph
Fabrication And Characterization Of High-Quality Nb/Al-AlO$_x$/Nb Cross-Type Josephson Tunnel Junctions Utilising CMP-based Planarisation Techniques
Heidelberg University（海德堡大学）
本文采用CMP平坦化技术制备Nb/Al-AlOx/Nb交叉型约瑟夫森隧道结，消除寄生电容并提高良率至90%以上，通过IV特性和夫琅禾费图样表征结质量。
2026-09-09 cond-mat.supr-con
Energy gap measurement of nanostructured thin aluminium films for use in single Cooper-pair devices
在超导能隙工程的背景下，Al- \alox -Al隧道结已被用于研究超导能隙隙$Δ$随膜厚的变化。使用厚度为5、7、10和30 nm的膜来形成小面积超导体-绝缘体-超导体（SIS）隧道结。与以前的测量结果一致，我们观察到随着膜厚度的减小，铝的超导能隙增加。另外，我们发现在厚度\textbf{$\geq$} 10 nm的小面积薄膜中，晶粒尺寸对能隙没有明显的影响。最后，我们利用7和30 nm的薄膜在一个单一的库珀对晶体管，并观察到有限的偏置传输过程的修改，由于工程的间隙分布。
2007-06-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Electrical Characteristics of Superconducting-Ferromagnetic Transistors
我们报告的SFIFS结和多终端SFIFSIS设备（其中S，I和F表示超导体（Nb），绝缘体（AlOx），和铁磁材料（Ni），分别）的特性的实验结果。SFIFS结在具有类似晶体管特性的SFIFSIS器件中充当注入器;因此，我们称它们为超导铁磁晶体管（SFT）。我们已经找到了F（Ni）的厚度在SFIFS的电流-电压特性（CVC）成为线性。此外，我们研究了两种类型的SFT的DC和AC特性：具有单受主（SIS）结的普通器件和具有双受主的器件。在第一种情况下，我们着重研究了通过SFIFS结的注入电流对SIS受体的最大约瑟夫森电流的影响。对于第二类器件，我们研究了当工作点选择在受主CVC的子带隙区域时的电压放大特性。通过施加AC信号（在kHz范围内），同时用恒定的DC电流偏置注入器（SFIFS）结，我们观察到双受体上的电压增益超过25。在反向传输实验中，我们将直流电流和交流调制施加到受体结，并且在实验的精度范围内，观察到注入结上没有响应，这意味着我们的SFIFSIS器件具有出色的输入-输出隔离。实验表明，经过优化的器件参数，它们可以被用作输入/输出隔离器和放大器的存储器，数字和RF应用。
2014-10-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Tuning the inductance of Josephson junction arrays without SQUIDs
本文提出无 SQUID 的单个 Al/AlOx/Al Josephson 隧道结阵列，利用退磁效应和 Fraunhofer 型干涉实现磁场可调电感，并演示阻抗在 4–8 kΩ 范围可调的传输线。
2022-10-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.app-ph
Merged-Element Transmons: Design and Qubit Performance
我们已经证明了一种新型的超导transmon量子比特，其中约瑟夫森结已被设计成作为自己的并联并联电容器。这种合并元件transmon（MET）潜在地提供比常规transmon更小的占地面积和更简单的制造。因为它将电磁能量集中在结内，所以它减少了来自其他界面的相对电场参与。通过将微米级Al/AlOx/Al结与长氧化和新工艺相结合，我们已经在低transmon机制中用$E_{J}$ / $E_{C}$生产了功能器件（$E_{J}$ / $E_{C}$ $\lesssim$ 30）。低温I-V测量显示出尖锐的dI/dV结构，具有较低的子带传导。可调版本的量子比特光谱显示了少量避免的能级交叉，表明存在两能级系统（TLS）。我们已经观察到平均T1时间通常在10-90微秒的范围内，一些退火的器件在几个小时内表现出T1 > 100微秒。结果表明，在传统的，小结transmons的能量弛豫是不受限制的结损耗。
2021-08-13 cond-mat.supr-con physics.app-ph quant-ph
Anomalous avoided level crossings in a Cooper-pair box spectrum
我们在Al/AlOx/Al库珀对盒（CPB）的激发态光谱中观察到了一些明显的反常的避免能级交叉和电压依赖跃迁。该器件在15 - 50 GHz频率范围内测量为40 mK。我们发现，一个给定的水平交叉CPB频谱在两个不同的栅极电压，两个交叉点的频率和分裂的大小不同，分裂的大小取决于约瑟夫森能量的CPB。我们表明，这种行为不仅是一致的CPB耦合到离散带电的“两级”量子系统，移动原子的距离在CPB结，但光谱提供了新的信息的波动，这是不可避免的异常水平的相位量子比特光谱。特别是通过拟合模型哈密顿量，我们的数据，我们提取每个波动的微观参数，包括以及不对称性，隧穿振幅，和每个波动的最小跳跃距离。隧穿率的范围从小于3.5到13 GHz，这代表了5%和150%之间的良好的不对称性的值，和偶极矩给出了0.3至0.8埃的最小跳跃距离。我们还发现，这些离散的二能级系统对CPB的量子态的弛豫时间（T1）有显著的影响，因此可以成为超导量子比特的耗散源。
2008-10-15 cond-mat.supr-con
Field-free dual superconducting diode via photon-assisted interference
Istituto Nanoscienze-CNR（意大利国家研究委员会纳米科学研究所）；NEST-SNS（新科学技术与纳米中心-比萨高等师范学院）；Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (ICMM)（马德里材料科学研究所）；Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)（西班牙国家科学研究委员会）；Quantum Advanced Research Center (QuARC)（量子先进研究中心）
本研究提出基于常规Al/AlOx/Al隧道结和微波双谐波驱动的可重构双功能超导二极管，通过光子辅助干涉实现无场下超电流与准粒子整流，效率超越传统器件，并验证了“绝对二极管”概念。
2026-10-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
