Improved RF Performance of Niobium Cavities via In-situ Vacuum Heat Treatment Technique
提出一种原位真空热处理新方法，通过在低温恒温器中局部加热退火Niobium腔，避免氧化和空气暴露，显著提升Q0并保持最大加速场，建议直接在低温模块中应用。
2024-12-24 cond-mat.supr-con physics.acc-ph
How High a Field Can Be and Has Been Achieved in Superconducting Bulk Niobium Cavities Across Different RRR Values?
本文研究超导铌腔中RRR与最大表面磁场的关系，发现现代腔接近热失控场但低于过热场极限，需结合先进表面处理和热稳定性优化以达到过热场。
2024-10-24 cond-mat.supr-con physics.acc-ph quant-ph
A low energy muon spin rotation and point contact tunneling study of niobium films prepared for superconducting cavities
用点接触隧穿（PCT）和低能μ子自旋旋转（LE-muSR）方法研究了用二极管、直流磁控管（dcMS）和HIPIMS等不同制备方法在铜衬底上沉积的微米厚铌膜的表面超导特性。结合的结果进行了比较，射频测试性能的RF腔用相同的工艺。表面超导性质的降低会导致较低的品质因数和较强的Q斜率。此外，这两种技术发现的证据，表面顺磁性的所有样品，特别是对铌薄膜制备的HIPIMS。
2017-11-23 cond-mat.supr-con
Signatures of Enhanced Superconducting Properties in Niobium Cavities
本研究系统观测到铌超导射频腔略低于临界温度时的反常频率凹陷，结合两种不同工艺腔的交流电导率相干峰测量与理论对比，揭示了极低有限无序条件下的超导性能增强特征。
2025-04-01 cond-mat.supr-con physics.acc-ph quant-ph
Flux expulsion in niobium superconducting radio-frequency cavities of different purity and essential contributions to the flux sensitivity
超导射频腔冷却过程中由于不完全迈斯纳态而导致的磁通量被捕获是射频损耗的重要来源。磁通捕获的灵敏度取决于钉扎涡旋的缺陷和杂质的分布和类型，以及当腔从正常状态转变为超导状态时的冷却动力学。在这里，我们提出的1.3 GHz的椭圆形腔的磁通捕获灵敏度的测量结果，由大颗粒铌不同纯度不同的冷却动力学和表面处理。结果表明，较低的纯度的材料的结果在一个较高的分数的捕获通量和捕获通量灵敏度参数$S$的表面处理的影响显着，但没有太大的变化，在平均自由程$l$。我们讨论了我们的研究结果的概述发表的数据上的依赖性$S(l,f)$的$l$和频率$f$使用的RF损耗的弹性涡流线驱动的情况下，稀疏的强钉扎缺陷和集体钉扎许多弱缺陷的RF电流的理论模型。我们的分析表明，如何多尺度钉扎机制在腔体中可以导致在$S(l)$的最大值类似的FNAL和康奈尔大学的团体观察到的钉扎特性可以从实验数据中提取。这里的主要贡献$S$来自弱钉扎区域的空腔表面，其中耗散振荡沿捕获的涡流垂直于表面传播到体以及超出层的射频屏蔽电流。
2020-02-24 cond-mat.supr-con physics.acc-ph
Losses in superconducting Niobium Films caused by Interface Tunnel Exchange
确定铌膜腔的损耗机制，使未来的加速器项目的应用程序的准确确定和点，以减轻其局限性所需的研究课题。对样品的测量表明，电场是铌膜的主要损耗机制，通过表面氧化物中的局域态和超导铌中的离域态之间的界面隧穿起作用。
2013-02-14 cond-mat.supr-con physics.acc-ph
Impact of Nitrogen and Oxygen Interstitials on Niobium SRF Cavity Performance
The University of Chicago（芝加哥大学）；Fermi National Accelerator Laboratory（费米国家加速器实验室）
本研究通过实验和表征发现，氮杂质在16 MV/m下比氧更有效降低铌SRF腔体的表面电阻，同时O和N杂质对降低电阻有加成效应。
2026-01-21 cond-mat.supr-con physics.acc-ph
Dependence of the residual surface resistance of superconducting RF cavities on the cooling dynamics around $T_\mathrm{c}$
我们报告了通过$T_\mathrm{c}$的冷却动力学对超导铌腔中捕获的外部磁通量的量的强烈影响。对于细晶粒和单晶铌以及所有表面处理，包括有和没有120 $^\circ$ C烘烤和氮掺杂的电抛光，效果是相似的。腔壁上的直接磁场测量表明，该效应源于磁通捕获效率的变化：缓慢冷却导致几乎完全的磁通捕获和更高的剩余电阻，而快速冷却导致更有效的磁通排出和更低的剩余电阻。
2014-03-07 cond-mat.supr-con physics.acc-ph
A model to explain the Q-increase by moderate-temperature treatment in Nb SRF cavities
针对铌 SRF 腔中温烘烤后 Q 值升高的机理，本文提出受损表面层强钉扎俘获磁通线的新模型，并建议通过实验验证。
2023-06-08 cond-mat.supr-con physics.acc-ph
Resistivity Ratio of Niobium Superconducting Cavities
电阻率的测量已经取得了Nb腔，以及在铅和铜，在296，77，和4.2 K的非接触式感应电流法的装置。对于超导体，恒定的磁场在低于转变温度时驱动材料正常。这些测量为初始材料评估提供了一种简单的方法，也为监测材料参数（纯度、热处理、气体掺入等）的影响提供了一种直接的方法。Hc、Hc 1和Hc 2的近似测定也可以从这些测量中导出。正常状态下的热导率和Ginzburg-Landau参数kappa计算的电阻率测量。
2003-08-14 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Muon spin rotation studies of niobium for superconducting RF applications
在这项工作中，我们通过应用μ子自旋旋转/弛豫（muSR）技术研究铌样品的超导性质。我们首次采用muSR技术来研究从大颗粒和小颗粒1.5 GHz射频（RF）单电池铌腔中切出的样品。这些腔体的RF测试伴随着完整的温度映射，以表征每个样品中的RF损耗。muSR测量的结果表明，标准的腔表面处理，如温和的烘烤和缓冲化学抛光（BCP）上进行的研究样品影响其表面钉扎强度。我们发现一个有趣的高场RF损耗和场依赖性的样品通过muSR测量的磁性体积分数之间的相关性。在ZF-muSR测量中观察到的muSR线宽与掺杂有微量Ta或N杂质的Nb样品的行为相匹配。这些切口的上临界场HC 2的上限被发现。
2013-03-31 cond-mat.supr-con physics.acc-ph
Strong Meissner screening change in superconducting radio frequency cavities due to mild baking
利用低能μ子自旋旋转（LE- $μ$ SR）方法，研究了粒子加速器超导体射频腔中具有反常高场耗散的“热”区.我们表明，在热区域的超导性能很好地描述了非本地Pippard/BCS模型铌在清洁的限制与伦敦穿透深度$λ_\mathrm{L} = 23 \pm 2$ nm。相比之下，来自120 $^\circ$ C烘烤腔的切出样品显示出大得多的$λ> 100$ nm和深度依赖的平均自由程，这可能是由于空位浓度的梯度。我们认为，这些空位可以有效地捕获氢，从而防止形成的负责任的射频损耗在热区。
2013-11-27 cond-mat.supr-con physics.acc-ph
Field, frequency and temperature dependence of the surface resistance of nitrogen diffused niobium superconducting radio frequency cavities
本研究对不同频率的铌超导射频腔开展低温氮扩散处理，观测到Q值上升且加速梯度无衰减的现象，揭示了表面电阻的场、频率、温度依赖规律，并结合准粒子模型对相关机制进行了定性解释。
2024-05-16 cond-mat.supr-con physics.acc-ph
Magnetoresistance Oscillations in Granular Superconducting Niobium Nitride Nanowires
我们报告的磁阻振荡超导NbNx纳米线通过氨气退火NbSe 3前体纳米结构的合成。尽管纳米线的横向尺寸远大于超导相干长度，但这些纳米线在低温下的电压-电流特性让人想起一维超导体，其中量子相位滑移与耗散的起源相关。我们表明，在这项工作中观察到的磁阻振荡和电压-电流特性的结果从我们的纳米线的颗粒结构。
2009-07-14 cond-mat.supr-con
Experimental evidence for electric surface resistance in niobium
确定铌腔的损耗机制，使未来的加速器项目的应用程序的准确确定，并指出，以减轻目前的限制所需的研究课题。对于几个腔的表面电阻增加阈值以上的领域，在更高的领域已经观察到饱和。对样品的测量证明了这种效应是由表面电场引起的。测得的温度和频率依赖性是一致的模型，占这些损失的界面隧道交换沿晶界和相邻的超导体形成的氧化物中的局部状态之间。
2017-11-23 cond-mat.supr-con
The Effect of Inhomogeneous Surface Disorder on the Superheating Field of Superconducting RF Cavities
铌超导射频（SRF）腔体表面处理的最新进展导致了Q因子和最大表面场的显著增加。这对确定负责这种性能增强的机制提出了理论挑战。我们报告了非均匀表面无序对过热场（表面磁场）影响的理论结果，在该磁场之上迈斯纳态是全局不稳定的。我们发现，不均匀的无序，如引入注入到表面层的铌SRF腔的氮，可以增加超导体在干净的限制或均匀分布的无序的最大值以上的过热场。均匀无序增加了屏蔽电流的穿透，但也抑制了最大超电流。杂质扩散层形式的不均匀无序通过增加屏蔽电流到具有较大临界电流的较清洁区域的渗透来偏置这种权衡，从而将屏蔽电流的抑制限制在靠近表面的薄脏区域。我们的研究结果表明，杂质扩散层在提高氮处理铌SRF腔的最大加速梯度中起作用。
2018-09-11 cond-mat.supr-con hep-ex physics.acc-ph
Niobium coaxial cavities with internal quality factors exceeding 1.5 billion for circuit quantum electrodynamics
本文通过优化铌同轴四分之一波长谐振腔的刻蚀与冷却条件，实现超过14亿的单光子内部品质因数，并完成 transmon 集成与11.3 ms相干控制。
2025-05-16 cond-mat.supr-con quant-ph
Vacancy-Hydrogen Interaction in Niobium during Low-Temperature Baking
最近发现的一种改进的低温烘烤方法可以降低TESLA形超导腔的表面损耗，提高腔体的加速梯度。我们将表明，在低温烘烤的空位-氢复合物的动力学导致在2K下的有损纳米粒子的抑制，从而显着提高加速器性能。利用多普勒展宽正电子湮没谱、正电子湮没寿命谱和纳米压痕仪对欧洲XFEL铌片样品进行了研究。我们研究了{ \it in-situ}和{ \it ex-situ}退火过程中，在不同温度下，体样品和亚表面区域中空位的演化及其与氢的相互作用。
2020-04-28 cond-mat.supr-con physics.acc-ph
Insight into bulk niobium superconducting RF cavities performances by tunneling spectroscopy
本文报道了铌超导射频腔体上宽面积的厘米级切口的点接触隧穿（PCT）谱测量。在加速场E $>$ 20 MV/m时具有高场Q降的高质量、常规处理（CP）腔与表现出增加的Q直到接近15 MV/m的场的氮掺杂（N掺杂）腔之间进行比较。CP腔在高RF场下显示热点区域，其中发生Q降以及未受影响的区域（冷点）。冷点的PCT数据揭示了接近理想的BCS态密度（DOS）与间隙参数，$Δ$高达1.62 meV，这是有史以来报道的Nb的最高值。热点区域表现出宽分布的间隙值下降到$Δ\sim$ 1.0 meV和DOS加宽的特点是一个相对较大的值的对断裂率，$Γ$，表明表面区域的超导性显着降低。此外，热点通常表现出近藤隧穿峰，其指示归因于有缺陷的氧化物的表面磁矩。N掺杂腔揭示了以$Δ\sim$ 1.5 meV和相对小的$Γ/Δ$值为中心的更均匀的带隙分布。超导性显著降低的区域的存在表明，N族化合物在防止氢化物相和其他宏观缺陷的形成方面发挥着重要作用，否则这些宏观缺陷可能严重影响导致热点形成的局部表面超导性。N掺杂腔还显示出显著改善的表面氧化物，即，与CP腔相比，增加了厚度和隧道势垒高度。这些结果有助于解释N掺杂腔的性能改善，并给出了洞察的起源与RF幅度的初始增加Q。
2018-05-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con hep-ex
Temperature dependence of the superheating field in niobium
本文实验研究了铌的过热场Hsh与温度的关系。准确地确定这个场对于验证理论和理解粒子加速器超导腔中的梯度极限都是重要的。本文讨论了已提出的理论建模领域和它们之间的区别。用于测量Hsh的温度依赖性的实验过程利用高功率脉冲来驱动铌腔谐振器，使表面磁场非常迅速地斜升。通过测量作为时间函数的腔的品质因数，可以确定腔的任何部分在超导状态和正常导电状态之间转变的时刻。振荡超漏传感器被用来证明，过渡到正常的导电状态是全球性的，表明遇到了一个基本的限制。最后，我们看到，腔的110-120 C热处理-一种通常用于在高加速梯度下增加品质因数的方法-可能具有降低材料的过热场的有害影响，这是在超导铌腔中追求最大可实现加速梯度的基本限制因素。
2010-02-16 cond-mat.supr-con
Revealing the role of nitrogen on hydride nucleation and stability in pure niobium using first principles calculations
铌为所有使用中的超导射频（SRF）腔体提供基础，然而，在腔体制造期间，氢容易被铌吸收，并且当冷却到低温温度时，随后的氢化铌沉淀降低了其超导性能。在过去的几年中，添加掺杂剂元素如氮已被实验证明，显着提高铌SRF腔的品质因数。Q退化的贡献者之一可以是存在的氢化物，然而，与氢的动力学和氢化物沉淀物在掺杂剂的存在下的热力学稳定性相关的基本机制并不为人所知。利用第一性原理计算，氮对氢占据间隙位和氢化物稳定性的能量偏好的影响进行了研究。特别是，氮的存在显着增加了氢从一个四面体位点扩散到另一个间隙位点的能垒。此外，在铌基体中加入氮后，β氢化铌沉淀物变得能量不稳定。通过电子态密度和价电荷转移计算，氮显示出在其自身周围积累电荷的强烈趋势，从而降低了铌和氢原子之间的共价键强度，导致氢和铌处于非常不稳定的状态。这些计算表明，在处理过程中的氮的存在下起着控制氢化物沉淀和随后的SRF性能的关键作用。
2018-09-12 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Investigating the "Cocoon Effect" in Niobium-Copper Alloy: Metallic Nano-Precipitate Distribution and Niobium Migration
本研究通过快速冷却不同浓度的熔融Cu-Nb合金制备样品，观测到铌迁移现象，明确了铌纳米析出物的微观结构参数，深化了对铜铌合金茧效应等的理解，为高质量颗粒金属合金的开发优化提供参考。
2023-11-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Magnetic force microscopy versus scanning quantum-vortex microscopy: Probing pinning landscape in granular niobium films
本文介绍了扫描量子涡旋显微镜技术，通过低温磁力显微镜研究磁控溅射铌膜，利用被捕获涡旋作为纳米探针探测钉扎势与晶界，实现了30nm分辨率。
2025-07-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Size induced metal insulator transition in nanostructured Niobium thin films: Intragranular and intergranular contributions
随着平均晶粒尺寸的元素Nb的纳米结构薄膜中的减少，我们观察到一个系统的交叉从金属到弱绝缘行为。在绝缘相的电阻率的温度依赖性的分析清楚地表明存在两个不同的激活能对应于颗粒间和颗粒内的运输机制。虽然高温行为主要是由晶界散射的传导电子，离散的能级的效果，由于量子限制显示在低温下。我们发现，在晶界处的能垒是成比例的很大程度上无序的晶粒间区域的宽度，这增加了晶粒尺寸的减小。由于晶界处能隙的打开，纳米Nb发生金属-绝缘体转变的临界晶粒尺寸约为8 nm，相应的晶界宽度约为1.1 nm。
2006-09-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
RF surface resistance tuning of superconducting niobium via thermal diffusion of native oxide
最近，铌超导射频腔在300-400 ℃之间真空热处理几个小时，表现出非常高的品质因数（在2.0 K时约为5 × 10^10）。新的二次离子质谱测量的O，N和C表明，这种增强RF表面电导率主要与间隙O合金化通过溶解和扩散的原生氧化物。我们使用的氧化物分解和O扩散的理论来量化以前未知的参数在建模这个过程中至关重要。真空热处理的Nb超导射频腔的RF测量证实了先前仅从800 C与N扩散合金化预期的最小化的表面电阻（较高的Q 0）。
2021-07-26 cond-mat.supr-con
Improvement and protection of niobium surface superconductivity by Atomic Layer Deposition and heat treatment
本文介绍了一种对铌进行表面处理的方法，这种方法有可能改善超导射频腔的性能。我们目前的隧道和X射线光电子能谱（XPS）测量在腔级铌样品的表面涂覆有3 nm的氧化铝覆盖层沉积的原子层沉积（ALD）。在超高真空（UHV）中低温烘烤的涂层样品首先显示出退化的超导表面。然而，在450 ℃以上的温度下，隧道电导曲线显示与未处理的表面相比，超导态密度（DOS）显著改善。
2008-08-26 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
A new first-principles calculation of field-dependent RF surface impedance of BCS superconductor and application to SRF cavities
有必要更好地了解射频（RF）表面阻抗的固有限制，决定了粒子加速器中超导RF腔的性能。本文基于相干运动的库珀对产生的态密度（DoS）偏移，对BCS超导体射频表面阻抗的Mattis-Barclay（M-B）理论进行了场相关推导[1]，并将电阻随场增加而减小的现象解释为一种本征效应。使用MathematicaTM中编码的分析，我们对铌的有效BCS射频表面电阻（Rs）与表面磁场峰值幅度的关系进行了理论预测，并与最近Jefferson实验室（JLab）报道的低损耗谐振腔测量结果进行了比较和费米国家加速器实验室（FNAL）精心准备的铌材料。结果提出了一个“最佳理论”的性能与相应的材料的潜在应用的精细描述。[1]Xiao，B.P.，C.E. Reece和M. J. Kelley，射频场下的超导表面阻抗。Physica C：Superconductivity，2013. 490（0）：第26-31页。
2014-04-09 cond-mat.supr-con
In-situ Synchrotron X-Ray Photoelectron Spectroscopy Study of Medium-Temperature Baking of Niobium for SRF Application
本研究利用同步辐射XPS原位探究了铌表面在200-400 °C烘焙下的化学成分演变，揭示了氧的受控扩散机制、氟杂质的动态行为及其对各类SRF腔体性能的潜在影响，并确定了工业应用的无污染热处理参数范围。
2024-02-08 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con physics.acc-ph
Effect of high temperature heat treatments on the quality factor of a large-grain superconducting radio-frequency niobium cavity
大晶粒铌已成为制备超导射频谐振腔的一种可行的替代品。在这方面的贡献，我们报告的结果从热处理研究的大晶粒1.5 GHz的单细胞腔的“中等纯度”铌。热处理前的基线表面制备包括标准缓冲化学抛光。在新设计的真空感应炉中进行了800 - 1400 ℃的热处理。在2.0 K和90 mT的峰值表面磁场（Bp）下，Q 0值的数量级为2 × 1010。在1400 ℃下热处理后，在2.0 K和Bp = 90 mT下获得的Q_0值为（5 ± 1）× 1010。这是在该温度、频率和磁场下报道的最高值。通过二次离子质谱、次级电子显微镜、能量色散X射线、点接触隧穿和X射线衍射分析了在1400 ℃下用腔热处理的样品，并揭示了复杂的表面组成，其包括氧化钛、增加的碳和氮含量，但与未热处理的样品相比降低了氢浓度。
2013-03-25 cond-mat.supr-con physics.acc-ph
Quasiparticle spectroscopy in technologically-relevant niobium using London penetration depth measurements
本研究通过测量铌样品中的伦敦穿透深度，结合唯象建模，区分了氢化铌和两能级系统等对破缺机制，并适用于SRF腔体的性能追踪。
2023-06-23 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Electropolishing-Induced Topographic Defects in Niobium: Insights and Implications for Superconducting Radio Frequency Applications
Thomas Jefferson National Accelerator Facility（托马斯·杰斐逊国家加速器设施）
本文研究了电解抛光对铌表面地形缺陷的影响，揭示了其对超导无线电频应用中低损耗迈斯纳态稳定性的影响，并探讨了表面粗糙度对杂质扩散的作用。
2026-02-16 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con physics.acc-ph
The Frequency Shift and Q of Disordered Superconducting RF Cavities
基于超导微观理论，考虑能隙各向异性和非均匀无序，解释了氮掺杂铌超导腔在转变温度附近的千赫兹级频率偏移异常，并成功复现四个腔体的Q数据，发现中等无序下Q存在峰值。
2025-04-16 cond-mat.supr-con
Evaluation of predictive correlation between flux expulsion and grain growth for superconducting radio frequency cavities
本文通过金相表征和EBSD-OIM研究高纯铌SRF腔的磁通排出与晶粒生长的关系，发现900°C热处理下磁通排出效率随晶粒尺寸近似线性提高，可用于预测合适的热处理温度。
2023-03-24 cond-mat.supr-con physics.acc-ph
Role of Thermal Resistance on the Performance of Superconducting Radio Frequency Cavities
热稳定性是影响粒子加速器中超导射频腔工作的重要参数。在腔的内表面上耗散的射频功率被传导到冷却腔外表面的氦浴，并且内表面的平衡温度取决于热阻。在这篇手稿中，我们提出的热阻的直接测量结果的1.3 GHz的单电池SRF腔制成的高纯度大颗粒和细颗粒铌，以及它们的射频性能的不同的处理施加到外腔表面，以调查的Kapitza电阻的作用，总的热阻和SRF腔的性能。结果表明，在化学抛光、机械抛光或阳极氧化外腔表面后，热阻对SRF腔性能没有显著影响。在射频测试过程中拍摄的温度图显示，在中等射频场下，表面加热不均匀。使用热反馈模型的Q0（Bp）曲线的计算表明，在2 K和1.8 K时，一对制动项包括在BCS表面电阻的计算与实验数据吻合良好。这些结果表明，局部固有的表面电阻的非线性，而不是纯粹的热效应，是所观察到的Q0（Bp）的场依赖性的主要原因。
2017-01-18 cond-mat.supr-con physics.acc-ph
Theoretical estimates of maximum fields in superconducting resonant radio frequency cavities: Stability theory, disorder, and laminates
超导体在平行于其表面的高磁场中的性能的理论限制与当前和未来的加速腔有关键关系，特别是那些由新的更高Tc材料制成的加速腔，如Nb $_3$ Sn、NbN和MgB $_2$。事实上，在所谓的过热场$H_{\mathcal{sh}}$之外，磁通量甚至会自发地穿透一个完美的超导表面并破坏性能。我们提出了直观的参数和简单的估计$H_{\mathcal{sh}}$，并结合我们以前的严格计算，我们总结。我们简要地讨论了实验测量的过热场，比较我们的估计。我们探讨了材料各向异性的影响和成核涡进入无序的危险。我们是否需要控制层状化合物MgB $_2$的表面取向？我们能否从理论上估计，污垢和缺陷是否使这些新材料从根本上比铌更难优化？最后，我们讨论和分析最近的建议，使用薄超导层或层压板，以提高超导腔的性能。通量进入层压板可能会导致所谓的煎饼涡，我们考虑的物理位错运动和潜在的再湮灭或稳定后，这些涡进入。
2016-10-26 cond-mat.supr-con physics.acc-ph
Microscopic structure of the vortex cores in granular niobium: A coherent quantum puzzle
LPEM, UMR-8213, ESPCI Paris, PSL, CNRS, Sorbonne University（巴黎高等物理化工学院）；Moscow Institute of Physics and Technology（莫斯科物理技术学院）；HSE University（俄罗斯国立高等经济大学）；Lobachevsky State University of Nizhny Novgorod（下诺夫哥罗德罗巴切夫斯基州立大学）；Institute for Physics of Microstructures RAS（俄罗斯科学院微结构物理研究所）；Skobeltsyn Institute of Nuclear Physics, Lomonosov Moscow State University（莫斯科国立大学索别尔茨因核物理研究所）；Institut des Nanosciences de Paris, UMR-7588, Sorbonne University, CNRS（巴黎纳米科学研究所）
研究揭示了颗粒铌薄膜中涡旋核心的微观结构，发现能隙和束缚态呈现谜题状空间结构，挑战了传统量子涡旋理论。
2026-01-28 cond-mat.mes-hall cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con
Resonance Frequency Shift Measurements of SRF Cavities at DESY
University of Hamburg（汉堡大学）；Deutsches Elektronen-Synchrotron DESY（德国电子同步加速器）；Johannes Gutenberg University of Mainz（约翰内斯·古腾堡美因茨大学）
研究超导到正常导体转变过程中SRF腔体共振频率和内禀品质因子的变化，探讨材料超导性质，通过改进的测量装置实现频率偏移和品质因子的全面研究。
2026-04-24 cond-mat.supr-con physics.acc-ph
Direct Measurement of Microwave Loss in Nb Films for Superconducting Qubits
本研究通过三维SRF谐振器分离损耗因素，首次直接关联HiPIMS铌薄膜射频损耗与材料参数，发现其量子区微波损耗低、寿命达秒级，明确铌损耗非二维超导量子比特相干时间主要限制，介电氧化物才是关键，并给出铌损耗成为限制的边界。
2024-07-11 cond-mat.supr-con quant-ph
Role of microstructure on flux expulsion of superconducting radio frequency cavities
本文研究了铌微观结构对超导射频腔磁通排出的影响，发现传统退火铌板经800°C热处理后产生双峰微观结构导致磁通捕获，而采用冷加工铌板制造1.3 GHz单腔并结合热处理可显著改善磁通排出性能，证实了微观结构对降低超导腔射频损耗的关键作用。
2024-10-03 cond-mat.supr-con physics.acc-ph
Comparison of Two-Level System Microwave Losses in Pure Bulk Microcrystalline Nb2O5 and NbO2 Oxide Samples
University of Illinois at Urbana-Champaign（伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校）
研究比较了纯bulk微晶Nb2O5和NbO2氧化物中双能级系统（TLS）的微波损耗特性，发现Nb2O5表现出预期的功率和温度行为，而NbO2无TLS损耗信号，提出通过优化氧化物相来减少TLS损耗。
2026-04-03 cond-mat.supr-con
Anisotropic superconductivity of niobium based on its response to non-magnetic disorder
本研究通过3.5 MeV质子辐照transmon量子比特同款Nb薄膜引入非磁性无序，实验验证了铌各向异性超导微观理论，发现非磁性散射对超导转变温度$T_{c}$的明显抑制与各向异性序参数直接相关，且理论与实验定量高度吻合。
2022-10-09 cond-mat.supr-con quant-ph
Tunneling Spectroscopy Study of Low Baked Bulk Niobium for Superconducting RF Cavity Applications
IRFU, CEA, University Paris-Saclay（法国原子能及替代能源研究所，法国原子能和替代能源委员会，巴黎萨克雷大学）
本研究通过点接触隧道谱实验，发现低温烘烤（特别是两步烘烤）能显著抑制腔级铌表面由氢化物引起的超导退化区域，为理解SRF腔性能提升提供了微观证据。
2026-10-05 cond-mat.supr-con
Substrate mediated nitridation of niobium into superconducting Nb2N thin films for phase slip study
在这里，我们报告了一种新的氮化技术，将铌转化为六方晶系Nb 2N，似乎是超导低于1 K。在高真空条件下，对生长在Si_3 N_4/Si（100）衬底上的Nb薄膜进行高温退火，实现了Nb薄膜的氮化。的结构表征指导形成的大多数Nb 2N相，而形态显示颗粒性质的薄膜。随温度变化的电阻测量揭示了一个宽的金属到超导体的过渡具有两个不同的过渡区。接近正常状态的区域随膜厚强烈变化，而在超导状态附近的第二区域几乎保持不变，但表现出电阻拖尾。电流-电压特性也显示出宽的过渡嵌入中间电阻状态起源的相位滑移线。电流的过渡宽度和电阻阶跃的数目取决于膜厚，它们都随厚度的减小而增大。过渡区宽度的加宽是由邻近耦合超导纳米颗粒逐渐建立超导性所解释的，而有限尺寸效应和量子涨落可能导致电阻拖尾。最后，通过与Nb对照样品的比较，我们强调Nb 2N提供了非常规的超导性，在基于相位滑移的器件应用领域具有前景。
2019-06-20 cond-mat.supr-con
Vortex Pinning in Niobium covered by a thin polycrystalline Gold
本研究通过扫描隧道显微与谱学实验，发现覆盖多晶金薄层的铌存在高透明界面与金颗粒诱导的涡旋钉扎效应，金层可防氧化且保留铌的优异超导性能。
2025-07-30 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.app-ph
Electromagnetic Response of Superconducting RF Cavities
本文基于非平衡超导理论的Keldysh表述结合Maxwell理论，提出了计算Nb SRF腔表面电流响应、频移和品质因数的方法，揭示了频移异常对杂质无序的敏感性，并证明中等无序度下品质因数达到最大值。
2022-09-23 cond-mat.supr-con
Systematic Improvements in Transmon Qubit Coherence Enabled by Niobium Surface Encapsulation
本研究提出铌表面封装钝化技术，通过防止铌氧化物形成，将transmon量子比特T1寿命提升2-5倍，最高达600微秒，创下超导量子比特相干性新纪录。
2024-01-24 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con quant-ph
Development and Understanding of Nb$_3$Sn films for radiofrequency applications through a sample-host 9-cell cavity
Nb $_3$ Sn是一种正在开发的用于超导射频（SRF）腔的有前途的先进材料。过去的努力主要集中在小的发展规模的空腔，但大的，往往是多细胞腔，需要粒子加速器的应用。在这项工作中，我们成功的Nb $_3$ Sn涂层的Nb在1米长的9细胞Nb样品主机腔在费米实验室报告。只有一个锡源的第一涂层的几何形状使得有可能研究锡焊剂对微观结构的影响。基于这些结果，我们假设最近观察到的非常大的薄颗粒与其他作者过去观察到的未覆盖铌点之间存在联系[Trenikhina 2018]。提出了一个唯象模型来解释这些异常大的晶粒是如何形成的。调用该模型是为了对来自多个小组的文献结果提供可能的解释，并指导关键工艺参数，以在应用于复杂结构（如所研究的多单元腔体）时实现均匀的蒸气扩散涂层。
2020-06-24 cond-mat.supr-con physics.acc-ph physics.app-ph
Effects of anisotropy and disorder on the superconducting properties of Niobium
基于密度泛函理论和 Eliashberg 方程，本文计算了纯铌的超导性质，发现其超导能隙存在显著各向异性，并利用自洽 T-matrix 理论分析了非磁性杂质散射对转变温度的抑制，与掺氮铌 SRF 腔实验结果相符。
2023-07-31 cond-mat.supr-con
A Three-Fluid Model of Dissipation at Surfaces in Superconducting Radiofrequency Cavities
Laboratory of Atomic and Solid State Physics, Cornell University（康奈尔大学原子与固态物理实验室）；Cornell Laboratory for Accelerator-Based Sciences and Education, Cornell University（康奈尔大学加速器科学与教育实验室）
该研究针对超导射频腔的反Q斜率问题，通过数值求解Bogoliubov-de Gennes方程，提出三流体模型并结合半经典理论，揭示了表面与连续谱准粒子态的相对散射率对反Q斜率的调控机制。
2026-08-31 cond-mat.supr-con physics.acc-ph physics.comp-ph
Three-dimensional superconducting resonators at $T < 20$ mK with the photon lifetime up to $τ=2$ seconds
为加速器开发的非常高品质因数的超导射频腔可以使基本物理搜索具有数量级更高的灵敏度，并且为3D电路QED架构中的腔存储量子态的可实现相干时间增加1000倍提供了一条途径。在这里，我们报告的第一次测量的多个加速器腔的$f_0=$ 1.3，2.6，5 GHz的谐振频率下降到约10 mK的温度和场水平下降到几个光子，这揭示了创纪录的高光子寿命高达2秒，同时也进一步暴露的作用，二能级系统（TLS）在铌氧化物。我们还演示了如何TLS贡献可以大大抑制真空热处理在340-450 $^\circ$ C。
2019-12-23 cond-mat.supr-con physics.acc-ph quant-ph
Vortex Dynamics and Dissipation Under High-amplitude Microwave Drive
本文描述了高振幅微波驱动下的涡旋动力学及其对超导体表面电阻的影响。涡面阻力的计算与蒙特卡洛的方法，其中的涡运动方程求解的涡通量线的集合内的随机钉扎景观振荡。这种方法是能够提供一个详细的描述的微观涡旋动力学，并反过来重要的见解微波场振幅依赖的涡旋表面电阻。数值模拟结果与实验数据进行了比较，在高微波振幅测量的块状铌超导射频腔工作在1.3 GHz的装置的涡旋表面电阻。模拟和实验的良好的定性协议表明，被困磁通表面电阻与微波场幅度的非线性依赖性产生的渐进微波退钉和涡跳。
2020-05-04 cond-mat.supr-con physics.acc-ph
Analysis of Nb3Sn surface layers for superconducting RF cavity applications
我们提出了一个分析的Nb3Sn表面层上生长的大块铌（Nb）的试样制备在同一时间，并通过相同的气相扩散过程中用于使Nb3Sn涂层上1.3 GHz的腔。超导谱显示出在表面有一个发展良好的、均匀的超导态密度，带隙值分布集中在2.7 meV附近，超导临界温度（Tc）高达16.3 K。在样品表面区域的截面上进行的扫描电子显微镜（STEM）显示2微米厚的Nb3Sn表面层。的元素组成图表现出的Nb Sn比为3，并揭示了掩埋的亚化学计量区域，具有比f 5的存在。同步辐射X射线衍射实验表明，多晶Nb3Sn膜，并确认存在的Nb丰富的区域，占据约三分之一的涂层体积。这些低Tc区域可以发挥重要的作用，在RF测试过程中发生的Nb3Sn涂层腔的耗散机制，并开辟了一条道路，为进一步提高一个非常有前途的替代纯Nb腔的粒子加速器。
2015-03-11 cond-mat.supr-con
Tuning microwave losses in superconducting resonators
本文综述了超导谐振器微波损耗的物理机制，探讨了通过材料纳米结构和杂质管理优化准粒子态密度与超流体密度，以提升品质因数和场极限的方法。
2023-03-13 cond-mat.supr-con
Measurements of the amplitude-dependent microwave surface resistance of an Au/Nb bilayer
本研究通过在铌衬底上沉积不同厚度金膜替代原生氧化层，测量其微波表面电阻，发现0.1nm金膜可降低电阻并提升失超场，为超导谐振腔表面优化提供新思路。
2023-08-16 cond-mat.supr-con
