Dual relaxation oscillations in a Josephson junction array
本研究发现一维约瑟夫森结阵列中存在与单结振荡电路对偶的弛豫振荡，通过对偶电路定量解释其动力学及偏置依赖，验证注入锁定可产生电流平台，并用热模型阐明弛豫阶跃机制。
2024-08-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Soliton defects and topological $4π$-periodic superconductivity from an orbital magnetic field effect in edge Josephson junctions
近年来，许多研究致力于理解混合邻近结构中的拓扑超导性和由磁场诱导的Majorana零模。本文提出了一种在垂直磁场作用下，在二维拓扑绝缘体边缘的短约瑟夫森结中实现拓扑超导的方法。磁场效应是完全轨道的，来自边缘处的序参量相位的梯度，这导致在具有一对无隙Andreev束缚态的结处的孤子缺陷。后者是约简为马约拉纳零模式由一个单一的旋转和保护的手征对称性。此外，基态和激发都是准周期的磁通封闭在结中，与周期等于双通量量子$2Φ_0 = h/e$。这种行为遵循规范不变性的$4π$相周期的马约拉纳状态，并表现为$2Φ_0$间隔磁振荡的临界电流。另一个提议的观察是在没有外部相位偏置的情况下发生的持续电流。除了振荡，它显示了一个符号反转促使中性马约拉纳零模式。这些发现提供了通过低场直流磁输运测量获得拓扑超导性的可能性。
2019-02-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
A 3D investigation of delocalised oxygen two-level defects in Josephson junctions
环境二能级系统（TLS）是约瑟夫森结（JJ）电路中重要的退相干源。为了使这样的量子设备发挥作用，TLS的移除或控制是必要的。理解“强耦合”TLS类型的微观起源是目前为此目的的一条研究途径。离域氧模型表明氧原子的原子位置在形成JJ势垒的氧化物中空间离域。在这份报告中，我们将这个模型从以前的2+1D结构扩展到一个完整的3D描述，使用Wick旋转的时间相关薛定谔方程来求解三维中的时间无关解。我们计算相位量子比特的实验可观察参数，并将结果与2+1D框架进行比较。我们设计了一个Voronoi分类方案，调查氧原子离域内应变和非应变晶格，以及现实的原子位置JJ非晶隧道势垒在以前的密度泛函研究。
2015-08-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Phase-charge duality in Josephson junction circuits: Role of inertia and effect of microwave irradiation
我们研究了两个不同的电路中的相干量子相位滑移的物理包含小约瑟夫森结：（i）一个单一的结嵌入在一个电感的环境和（ii）一个长链的结。从标准的约瑟夫森哈密顿量，单结电路可以使用准经典的方法进行分析，我们制定的条件下，所得到的准电荷动力学是完全对偶的通常的相位动力学与约瑟夫森隧道。对于链，我们使用的事实，它的集体行为可以用一个变量：数量$m$的量子相位滑移存在于它。我们得出的结论是，共轭准电荷的动力学再次是一个单一的约瑟夫森结的标准相位动力学的对偶。在这两种情况下，我们阐明的电感，获得确切的对偶性至关重要的作用。这些结论对微波辐照下的单结和链的行为具有深远的影响。由于这两个系统是由一个模型完全双标准的电容和电容分流结模型，我们预计出现的电流夏皮罗步骤。我们数值计算了相应的电流-电压特性在很宽的参数范围内。我们的研究结果是有趣的，鉴于目前的标准。
2009-09-21 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Photonic analogue of Josephson effect in a dual-species optical-lattice cavity
本文利用自洽平均场论，将具有相互作用的光子玻色-哈伯德模型中光的量子相变的概念推广到两个原子。研究了二能级原子与相干光场相互作用系统中原子的激发态，讨论了原子的序参量与温度的关系。四个基态的系统被发现，包括一个孤立的莫特绝缘体相和三个不同的超流相。像两个弱耦合超导体，我们提出的双物种晶格系统显示出约瑟夫森效应的光子模拟。所提出的两物种模型的动力学为可能的量子信息过程提供了一个有前途的量子模拟器。
2010-03-08 cond-mat.mes-hall quant-ph
Demonstration of dual Shapiro steps in small Josephson junctions
该研究通过将小型Al/AlOₓ/Al约瑟夫森结的布洛赫振荡与不同频率的正弦及脉冲驱动同步，观测到双夏皮罗台阶，验证了量子对偶关系，为量子计量应用奠定基础。
2024-10-09 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Observation and mitigation of microwave echoes from dielectric defects in Josephson traveling wave amplifiers
本研究观测到约瑟夫森行波参量放大器（JTWPA）在高功率脉冲序列驱动超动态范围时出现的微秒级相干回波，归因于介质层微观缺陷，提出BLAST技术抑制回波并快速恢复性能，为扩展其应用及原位表征介质损耗提供支持。
2025-08-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci quant-ph
On chip AC driving for dual Shapiro steps
针对电流标准应用中高频交流驱动的实现难题，提出利用直流偏置约瑟夫森结作为片上交流源，研究并利用布洛赫振荡的反作用增强驱动信号，从而在有限温度下获得更宽的双Shapiro台阶。
2023-07-07 cond-mat.mes-hall
Influence of topological excitations on Shapiro steps and microwave dynamical conductance in bilayer exciton condensates
在双层系统中的总填充因子$ν_T=1$的量子霍尔态实现了激子凝聚体，并表现出零偏压隧穿异常，类似于波动存在下的约瑟夫森效应。与传统的约瑟夫森结相比，由于无序诱导的拓扑缺陷，即所谓的meron，没有观察到夫琅禾费衍射图案。我们考虑在微波辐射的存在下的层间隧穿，并发现夏皮罗步骤的隧穿电流-电压特性，尽管存在的merons。此外，约瑟夫森振荡也可以观察到的微波动态电导的谐振功能。
2012-07-30 cond-mat.mes-hall
Evidence of dual Shapiro steps in a Josephson junctions array
该研究将超小约瑟夫森结嵌入高阻抗阵列，实验观测到双夏皮罗台阶现象，为相位-电荷对偶性提供新见解，并推动量子计量电学三角形的闭合。
2022-07-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Topological quantization and degeneracy in Josephson-junction arrays
我们考虑介观约瑟夫森结二维阵列中的电导量子化，并研究了系统在不同区域中的相关简并。系统的填充因子可以由栅极电压以及磁场来控制，并且其用于量化的适当值通过在电荷描述和涡旋描述中采用Jain分级方案来获得。这两种描述之间的对偶性则表明，系统可能经历简并度的变化，而量子化电导率保持不变。
2001-03-20 cond-mat.mes-hall
Duality in the Quantum Dissipative Villain Model and application to Mesoscopic Josephson Junction Circuits
本文研究了在任意温度和任意环境谱密度下，描述约瑟夫森结（JJ）与环境耦合的搓板势（WB势）中布朗粒子模型的精确自对偶性.为此，我们引入了量子耗散恶棍模型（QDVM），该模型通过无限多个状态耦合到线性量子环境的自由度的隧穿。我们得到一般精确映射的各种对偶离散表示（一维库仑气体或表面粗糙化模型），这是完全自对偶。然后，我们展示了QDVM如何准确地映射到WB模型，并使用对偶关系来计算JJ电路的总阻抗的主导项，对于环境和任意温度的谱密度的一般频率依赖性。
1998-12-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech cond-mat.supr-con
Duality in two capacitively coupled layered arrays of ultrasmall Josephson junctions
本文研究由超小结构成的两个电容耦合约瑟夫森结阵列的问题。每一个阵列都可以是半经典或量子体系，这取决于它们的物理参数值。前一种情况是由一个库珀对超流体占主导地位，而量子一个占主导地位的动态涡导致绝缘行为。我们首先考虑当两个阵列都在半经典极限时的极限，然后考虑当一个阵列是量子的而另一个是半经典的情况。我们提出了WKB和平均场论的结果时，每个阵列的临界温度都在半经典极限。当一个阵列是在半经典的制度，另一个在量子涨落占主导地位的制度，我们推导出一个对偶变换之间的充电和涡旋占主导地位的阵列，涉及规范矢量场，这是成比例的网站之间的耦合电容的阵列。这里考虑的系统已经制造，我们做了一些预测，可能的实验可测量的数量，可以与理论相比较。
1998-09-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech
Coherent Josephson qubit suitable for scalable quantum integrated circuits
我们展示了一个平面的，可调谐的超导量子比特的能量弛豫时间高达44微秒。这是通过使用设计为最小化辐射损失并减少与材料相关缺陷的耦合的几何结构来实现的。在这些水平的相干性，我们发现一个精细结构的量子比特能量寿命作为频率的函数，表明存在稀疏人口的不相干，弱耦合的两级缺陷。这是支持的模型分析以及实验的几何变化。我们的“Xmon”量子比特结合了简单的制造，简单的连接，快速的控制和长时间的一致性，为构建基于芯片的量子计算机开辟了一条可行的道路。
2013-04-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
How to measure the Majorana polarization of a topological planar Josephson junction
我们分析了拓扑超导电性，并研究了约瑟夫森型结中金属带诱导的零能模的光谱性质。针对这类准粒子的Majorana极化，我们提出了利用自旋选择Andreev反射方法进行经验探测的可行方法。我们的研究揭示了一个逐渐发展的横向梯度的马约拉纳极化的金属带时，增加其宽度。我们还检查的空间轮廓和极化的Majorana准粒子在存在一个强的静电杂质。我们表明，根据其位置，这样的缺陷可以导致大量本地化的马约拉纳模式。
2020-08-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Magneto-Josephson effects in junctions with Majorana bound states
我们研究一维量子系统，支持马约拉纳束缚态在拓扑不同的区域之间的接口。特别地，我们发现在某些自旋-轨道耦合的一维平台，如拓扑绝缘体边缘，存在着粒子-空穴和自旋自由度之间的对偶性。这种二重性导致了先前探索的“分数约瑟夫森效应”的自旋模拟-也就是说，流过磁性结的自旋电流在结的相对磁场角中呈现4π周期性。此外，粒子-空穴自由度和自旋自由度之间的相互作用导致非常规的磁约瑟夫森效应，使得约瑟夫森电流是周期性为4π的磁场取向的函数。
2012-06-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Superconducting and Insulating Behavior in One-Dimensional Josephson Junction Arrays
描述了一维小电容约瑟夫森结阵列的实验。阵列的结电容远大于电极的杂散电容，我们认为这对于观察库仑阻塞是很重要的。约瑟夫森能量可以在原位调谐，并观察到从约瑟夫森类库仑阻塞行为的演变。这种演变可以被描述为超导到绝缘的量子相变。在库仑阻塞状态下，滞后电流-电压特性由一个动态模型描述，该模型与经典约瑟夫森结的反向分流结模型是对偶的。
2000-01-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Optimizing Anharmonicity in Nanoscale Weak Link Josephson Junction Oscillators
约瑟夫森隧道结作为非线性元件广泛应用于低噪声放大器、量子比特等超导电路中。然而，氧化物隧道势垒中的微观缺陷可产生低频和高频噪声，这可潜在地限制谐振电路的相干时间和品质因数。弱连接约瑟夫森结是一个有吸引力的替代品，提供了足够的非线性可以设计。我们计算超导弱链接的电流相位关系，与零温度相干长度的尺寸相媲美，连接到二维和三维超导电极。我们的研究结果表明，50-100 nm长的铝纳米桥连接的三维银行可以用来构建非线性振荡器的分叉放大。我们还表明，在静态电流偏置下，这些振荡器具有足够的非谐能级结构，以形成量子比特。这样的弱连接结为实现灵敏的量子线路提供了一条实用的新途径。
2009-05-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Quantum charge diffusion in underdamped Josephson junctions and superconducting nanowires
在欠阻尼极限下研究了量子涨落对约瑟夫森结和超导纳米线电流-电压特性的影响。量子涨落引起库仑阻塞和超电流分支之间的跃迁，并且在高电阻环境的情况下可以显著地修改电流-电压特性的形状。由于相荷对偶性，我们的结果可以直接推广到相反的过阻尼极限。
2008-08-21 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
Quantized Hall Effect Phenomena and Topological-Order in 4D Josephson Junction Arrays in the Vicinity of a Quantum Phase Transition
近年来，量子霍尔效应（QHE）在复（C）、四元数（H）和八元数（O）紧（规范）李代数域中的数学框架下得到了从二维到四维和八维的推广。正如二维电子气体中的QHE可以用属于第一类的陈氏数拓扑不变量来理解，4D和8D中的QHE可以用属于第二类和第四类的陈氏数拓扑不变量来理解。研究表明，二维量子HE现象与约瑟夫森结阵列（JJAs）的拓扑有序基态有关，JJAs映射到阿贝尔规范理论上，该理论具有描述电荷-涡旋耦合的周期性拓扑项。在这些2D JJA中，磁点缺陷和库珀对电荷通过电磁对偶性（Montonen-Olive）彼此对偶。这导致了在“自对偶”临界点处的相位相干超导体和双相位非相干超绝缘体基态之间的量子相变。本文将玻色-爱因斯坦凝聚体的拓扑有序化框架推广到与四维量子理论相关的四维四元数有序系统。这是通过引入一个非阿贝尔拓扑项来实现的，该项描述了第三同伦群点缺陷（如广义磁涡旋）和库珀对类电荷之间的耦合。属于第三同伦群的点缺陷与电荷激发是对偶的，这导致在“自对偶”临界点处在取向有序和取向无序基态之间表现出量子相变。在这个“自对偶”临界点附近的阻挫基态，其特征在于属于第二类陈式的全局拓扑不变量。
2019-03-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Dissipative Josephson vortices in annular polariton fluids
我们考虑由激子-极化激元玻色子凝聚体形成的两个同心环。通过作用于第二个环形极化激元凝聚体，可以操纵其中一个环中极化激元的圆形超流。具有不同拓扑电荷的环之间的复杂耦合触发稳定的约瑟夫森涡旋（JVs）的成核，其被揭示为环之间的相对相位的角度依赖性的拓扑缺陷。由于耦合强度的不同，JV的结构决定了内外环平均角动量的差异。在耦合消失时，凝聚体独立旋转，表明它们的缠绕数没有相关性。在中度耦合下，尽管缠绕数不匹配，但两个凝聚体之间的相互作用倾向于使它们的平均角动量相等，这表明存在阻力效应的现象。在临界耦合强度以上，通过相位滑移事件建立同步旋转。
2021-07-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.quant-gas physics.optics
dc Josephson Effect in Altermagnets
本文研究交替磁体中的直流约瑟夫森效应，发现无净磁化时仍产生0-π振荡，其衰减和周期依赖晶格取向，可作为区分交替磁性的特征并调节超电流。
2023-10-16 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Dual approach to circuit quantization using loop charges
传统的电路量子化方法是基于节点通量，并跟踪电路岛上节点电荷的运动。然而，对于某些器件，相关的物理可以通过极化电荷在电路分支上的运动来最好地描述，这些分支通常与节点电荷以高度非局部的方式相关。在这里，我们提出了一种方法，双重的传统方法，用于量化平面电路的环路电荷。通过这种方式，极化电荷被直接获得为相邻环上的两个环电荷的差。回路电荷追踪通过回路回路的通量的运动。我们表明，环电荷产生一个简单的描述跨相位滑移结的磁通运输。我们概述了一个具体的建设的基础上的相位滑移结的电路是电磁对偶的任意平面约瑟夫森结电路。我们认为，环电荷也产生了一个简单的描述，在传统的约瑟夫森结分流大阻抗的通量输运。我们表明，一个混合电路的描述中的节点通量和回路电荷产生的洞察力的磁通解压缩的约瑟夫森结由电感器分流。作为一个应用，我们表明，磁通量子比特是很好地近似为一个相位滑移结的实验相关参数。此外，我们认为，$0$ - $π$量子比特是有效的马约拉纳约瑟夫森结的对偶。
2016-09-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Magneto-Josephson effects and Majorana bound states in quantum wires
马约拉纳束缚态的一个显著特征是它们产生的奇异约瑟夫森效应，经典的例子是跨结相位差具有4π周期性的分数约瑟夫森电流。最近的研究表明，拓扑绝缘体边缘支持一种新的“磁约瑟夫森效应”，即无耗散电流表现出4π周期依赖性，也对结的两个银行的塞曼场的相对取向。本文研究了自旋轨道耦合量子线结中的磁约瑟夫森效应。与拓扑绝缘体的情况相反，磁约瑟夫森效应的周期性不再遵循严格的超导-磁对偶的哈密顿量。我们采用数值计算以及分析参数，以确定显示异国情调的约瑟夫森物理量子线结的域配置，并阐明与相应的设置拓扑绝缘体边缘的特性差异。为了给实验提供指导，我们还估计了实际参数范围内磁约瑟夫森效应的大小，并比较了马约拉纳相关的贡献与非马约拉纳态共存的2π周期效应。
2013-11-05 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Advances in Josephson Junction Materials and Processes Toward Practical Quantum Computing
Lawrence Berkeley National Laboratory（劳伦斯伯克利国家实验室）；University of California, Berkeley（加州大学伯克利分校）；Gwangju Institute of Science and Technology (GIST)（光州科学技术院）；Korea University（高丽大学）；The Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter (MPSD)（马普物质结构与动力学研究所）；Center for Free Electron Laser Science (CFEL)（自由电子激光科学中心）；Anyon Computing Inc.（Anyon Computing公司）
本文综述了材料科学、器件表征和纳米加工技术如何应对超导量子计算中约瑟夫森结的挑战，探讨了新型材料和工艺的发展对量子处理器的影响。
2026-04-03 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Interferometric Signatures of Zero Modes in Fractional Quantum Hall-Superconductor Heterostructures
University of Illinois Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）；Pritzker School of Molecular Engineering, University of Chicago（芝加哥大学普里茨克分子工程学院）
该研究针对分数量子霍尔-超导体异质结构中缺陷束缚的 parafermion 零模，提出两种探测其融合结构的干涉构型，通过约瑟夫森结与法布里-珀罗干涉仪的隧穿特性揭示缺陷的非阿贝尔性质。
2026-08-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Quantum system dynamics with a weakly nonlinear Josephson junction bath
研究了由约瑟夫森结链组成的弱非线性约瑟夫森池对小量子系统（LC振荡器）动力学的影响。针对电荷能为最大能量标度的区域，在保持余弦势不变的情况下，微扰计算了Josephson浴的关联函数到Josephson能量除以电荷能的首阶.当充电能量沿链的变化确保浴关联函数的快速衰减时，可以通过马尔可夫主方程求解与约瑟夫森浴弱电容耦合的LC振荡器的动力学。我们分别建立了大荷电区和约瑟夫森能区之间的约瑟夫森浴的对偶关系。结果可以应用到的情况下，充电能量是不均匀的工程或无序的链。此外，我们发现，约瑟夫森浴可能成为非马尔可夫当温度增加超过零温度极限，浴关联函数得到移动一个常数，不随时间衰减。
2021-02-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.stat-mech quant-ph
