On-chip SQUID measurements in the presence of high magnetic fields
本文报道了一种基于片上SQUID技术的量子分子自旋的低温测量技术和磁化强度数据。该技术使SQUID磁强计能够在高达7特斯拉的高磁场中工作。主要的挑战和校准过程进行了详细说明。测量协议用于观察S=10分子磁体Mn 12-tBuAc的量子隧穿跳跃。研究了横向场对该分子系统隧穿分裂的影响。
2010-09-11 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Dual on-chip SQUID measurement protocol for flux detection in large magnetic fields
可以在高磁场中工作的灵敏磁力计对于检测源自量子自旋的小集合的磁共振信号是必不可少的。这种器件在量子技术中具有潜在的应用，特别是在量子计算中。我们提出了一种新的实验装置，使用两个DC-SQUID磁强计实现差分磁通测量。差分测量允许在增强样本信号的同时消除背景通量信号。开发的协议使用脉冲读出，最大限度地减少片上加热，因为亚开尔文温度需要保持量子自旋相干性。还显示了概念实验的证明结果。
2021-09-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
A micro-SQUID with dispersive readout for magnetic scanning microscopy
我们已经设计并表征了一种用于低温扫描探针显微镜系统的具有色散读出的微型SQUID。该设计的特点是一个电容并联的RF SQUID与可调谐振频率从5到12 GHz，微米空间分辨率和集成的超导线圈的局部应用的磁场。SQUID作为一个非线性振荡器与通量和功率依赖的谐振频率。在4K下进行器件表征和噪声基准测试的测量。在200 MHz带宽下，4 K时测得的10 kHz以上的磁通噪声为$80\;\mathrm{n}Φ_0 \mathrm{Hz}^{-1/2}$。估计表明，可以从基于约瑟夫森结的固有非线性的参数增益中受益，并将通量噪声降低到100 mK时的$30\;\mathrm{n}Φ_0\mathrm{Hz}^{-1/2}$，这对应于位于拾波环中心的磁矩的$7.5\;\mathrm{μ_B Hz^{-1/2}}$。
2018-03-20 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Magnetic, thermal, and topographic imaging with a nanometer-scale SQUID-on-cantilever scanning probe
扫描超导量子干涉仪（SQUID）显微镜是一种结合了高场灵敏度和纳米级空间分辨率的磁成像技术。国家的最先进的SQUID的尖端探针，现在起着重要的作用，在映射相关现象，如超导性和磁性，这是最近观察到的二维范德华材料。在这里，我们展示了一个扫描探针，结合了由一个尖端SQUID与尖端-样品的距离控制和地形对比度的非接触式原子力显微镜（AFM）提供的磁和热成像。我们图案化的纳米尺度的SQUID，包括其弱链接约瑟夫森结，通过聚焦离子束铣削在顶端的悬臂涂有Nb，产生的传感器的有效直径为365 nm，场灵敏度为9.5 $\text{nT}/\sqrt{\text{Hz}}$和热灵敏度为620 $\text{nK}/\sqrt{\text{Hz}}$，工作在磁场高达1.0 T。由此产生的SQUID杠杆是一个强大的AFM扫描探针，扩展了灵敏的纳米级磁和热成像的范围，超出了目前的可能性。
2021-09-14 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.app-ph
Flux focusing with a superconducting nano-needle for scanning SQUID susceptometry
针对平面型片上nano-SQUID空间分辨率受限的问题，研究人员通过飞秒激光3D光刻制备带超导壳的纳米针，实现磁通聚焦，提升了磁测量与磁化率测量的空间分辨率，验证了超导3D纳米结构与片上约瑟夫森器件集成的可行性。
2022-09-22 cond-mat.mes-hall physics.ins-det
Vortex dynamics induced by scanning SQUID susceptometry
本研究利用扫描SQUID磁强计观测铌薄膜临界温度附近由交流场诱导的涡旋-反涡旋对动力学导致的非线性耗散响应，通过建模构建涡旋运动实空间图像，拓展了该技术的应用范围并奠定相关微观研究基础。
2023-06-15 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Fabrication of Nb and MoGe SQUID-on-tip probes by magnetron sputtering
本文提出利用常规磁控溅射制备Nb和MoGe尖端SQUID探针，实现50-80纳米直径、低噪声及高场工作，简化工艺并扩展材料适用性。
2023-03-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Scanning SQUID Microscope Study of Vortex Polygons and Shells in Weak Pinning Disks of an Amorphous Superconducting Film
用扫描SQUID显微镜在非晶MoGe薄膜的大介观圆盘上直接观察涡旋。由于弱钉扎性质的非晶薄膜，涡旋能够形成几何诱导，（准）对称配置的多边形和同心壳在大磁盘。在选定的磁盘上进行系统的测量，使我们不仅可以跟踪的旋涡图案如何演变的磁场，而且还如何改变的旋涡多边形的大小和旋转相对于磁盘中心。结果是在很好的协议与理论考虑足够大的直径的介观磁盘。一系列的旋涡图像中获得的磁盘与钉扎网站揭示了一个独特的线对称的旋涡配置，导致壳填充规则和幻数的修改。
2010-07-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Spin transition in Gd$_3$N@C$_{80}$, detected by low-temperature on-chip SQUID technique
我们提出了一个磁性研究的Gd $_3$ N@C $_{80}$分子，由一个Gd-三聚体通过一个氮原子，封装在一个C $_{80}$笼。该分子系统可以是用于磁共振成像（MRI）应用的有效造影剂。我们使用了一种低温技术，能够通过将样品放置在片上SQUID附近来检测小的磁信号。在NHMFL实施的技术具有在高达7 T的高磁场中操作的特殊性。Gd $_3$ N@C $_{80}$具有顺磁性质，在1.2K下发现了自旋跃迁。我们进行量子力学模拟，这表明Gd离子之一的$^8S_{7/2}$状态（$L=0, S=7/2$）的$^7F_{6}$状态（$L=S=3, J=6$）的变化，可能是由于C $_{80}$笼和离子之间的电荷转移。
2010-09-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Scanning superconducting quantum interference device on a tip for magnetic imaging of nanoscale phenomena
我们描述了一种新型的扫描探针显微镜的基础上超导量子干涉器件（SQUID），驻留在一个尖锐的尖端的顶点。将SQUID-on-tip粘到石英音叉上，该音叉允许在几nm的尖端-样品分离处进行扫描。SQUID的磁通量灵敏度为1.8 μ 0/Hz^{1/2}，空间分辨率约为200 nm，还可以进一步提高。这种高灵敏度、空间分辨率、带宽和与样品非常接近的组合为研究纳米尺度上的动态磁现象提供了强大的工具。SQUID的尖端显微镜的潜力证明了通过成像的涡旋晶格和超导体中的局部AC磁响应。
2012-06-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Hybrid InAs nanowire-vanadium proximity SQUID
我们报道了基于InAs纳米线和钒超导电极的超导量子干涉器件（SQUID）的制备和表征。这些介观器件被发现是非常强大的热循环和操作高达$\sim2.5$ ~K的温度与降低的功耗。我们表明，我们的几何形状允许获得近对称的设备具有非常大的磁场调制的临界电流。所有这些特性使得这些器件对于片上量子电路实现具有吸引力。
2010-10-13 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Scanning-probe quantum sensing of microwave and static magnetic field response of an on-chip superconducting resonator
Georgia Institute of Technology（佐治亚理工学院）；University of California, San Diego（加州大学圣地亚哥分校）
利用扫描探针量子显微镜，通过Rabi振荡测量实现对超导谐振器微波磁场的纳米级传感，并可视化静磁场下超导涡旋的形成、演化和脱钉过程。
2026-06-23 cond-mat.mes-hall
Direct Imaging of Transition-Edge Sensors with Scanning SQUID Microscopy
本文利用扫描SQUID显微镜对Al-Mn过渡边缘传感器进行磁成像，揭示Nb引线附近的纵向邻近效应及其对转变宽度和电阻温度依赖性的影响，为超导探测器局部表征与优化设计提供了新方法。
2024-10-02 astro-ph.IM cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Flux compensation for SQUID-detected Magnetic Resonance Force Microscopy
在毫开尔文温度下进行SQUID检测的磁共振力显微镜（MRFM）的主要挑战之一是用于自旋操纵的射频（RF）脉冲与基于SQUID的检测机制之间的串扰。在这里，我们提出了一种方法的基础上平衡的磁通串扰使用片上反馈线圈耦合到SQUID。这种方法不需要在样品位置附近添加任何额外的组件，因此可以应用于任何基于SQUID的检测方案，以消除可预测的RF干扰。我们证明了我们的方法的有效性，我们几乎可以完全否定通量串扰的幅度高达几个$Φ_0$。该技术成就允许在低于50 mK的温度下执行复杂的磁共振协议。
2018-10-30 cond-mat.mes-hall physics.app-ph physics.ins-det
SQUID-on-tip with single-electron spin sensitivity for high-field and ultra-low temperature nanomagnetic imaging
扫描纳米超导量子干涉器件（nanoSQUID）的低维系统的磁性，自旋电子学和输运性质的高灵敏度定量成像越来越感兴趣。利用专门设计的凹槽石英毛细管拉到一个尖锐的移液管，我们已经制造了最小的SQUID的尖端（SOT）设备的有效直径低至39纳米。集成电阻分流器，紧密接近移液管顶点结合自对准沉积的In和Sn，导致SOT的磁通噪声为42 $Φ_0$ Hz $^{-1/2}$，产生创纪录的低自旋噪声0.29 $μ_B$ Hz $^{-1/2}$。此外，新型SOT可在低于开尔文温度和超过2.5 T的高磁场中工作。将SOT集成到扫描探针显微镜中，使我们能够在300 mK下对单个Fe $_3$ O $_4$纳米立方体的杂散场进行成像。结果表明，Fe-$_3$-O-$_4$的易磁化轴方向发生了从室温下的（111）方向到面内取向的转变，这是由于Fe-$_3$-O-$_4$的Verwey相变引起的.
2020-01-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
SQUID oscillations in PbTe nanowire networks
本研究利用阴影墙外延在PbTe纳米线环状网络中构建Pb基SQUID，观测到磁场扫描下的超电流振荡及其在特定条件下的非正弦偏斜行为，展示了PbTe纳米线网络用于拓扑量子计算等复杂量子器件的潜力。
2024-04-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Analog quantum control of magnonic cat states on-a-chip by a superconducting qubit
我们建议直接和量子相干耦合超导transmon量子比特到磁振子-集体自旋激发的量子，在附近的磁性粒子。磁体的杂散场通过超导量子干涉器件（SQUID）耦合到量子位。我们预测了一个共振量子比特磁振子交换和非线性辐射压力相互作用，都比耗散率和可调的外部磁通偏置。我们还展示了一个量子控制方案，产生量子比特磁振子纠缠和磁振子薛定谔猫态具有高保真度。
2022-07-14 cond-mat.mes-hall quant-ph
Fabrication of on-chip probes for double-tip scanning tunneling microscopy
将多探针和双针尖STM中的探针间距离减小到纳米尺度一直是一个长期存在的技术难题。最近的多探针系统通过使用两个单独驱动的传统金属线尖端实现约30 nm的距离而取得了重大进展。对于简单的对齐和固定的分离可以是有利的情况下，我们在这里提出了片上双尖器件，包括两个机械固定的金尖，尖间距只有35 nm的制造。我们利用高品质SiN的优异机械、绝缘和介电性能作为基础材料，实现易于实现、光刻定义和机械稳定的针尖。由于其大的接触垫和可调的足迹，这些新的尖端可以很容易地集成到大多数现有的商业组合STM/AFM系统。
2020-11-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el physics.app-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
Sputtered MoRe SQUID-on-tip for high-field magnetic and thermal nanoimaging
扫描纳米超导量子干涉器件（SQUID）作为高灵敏度的微观磁性和热表征工具的量子和拓扑状态的物质和设备越来越受到关注。在这里，我们介绍了一种新的技术，准直差压磁控溅射的多功能自对准制造SQUID的尖端（SOT）纳米器件，这不能通过传统的溅射方法，由于其扩散，而不是所需的定向点源，沉积。这项新技术提供了广泛的超导材料和合金，超出了现有热沉积方法中使用的元素超导体，为大大增强SOT特性和功能开辟了道路。利用这种方法，我们已经开发了MoRe SOT设备与子50 nm的直径，磁通量灵敏度为1.2 $μΦ_0/Hz^{1/2}$高达3 T，在4.2 K，和热灵敏度优于4 $μK/Hz^{1/2}$高达5 T，约5倍高于任何以前的报告，铺平了道路，以纳米级成像的磁性和自旋电子现象和耗散机制在以前无法访问的量子态的物质。
2019-08-25 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.ins-det
A Tunable Monolithic SQUID in Twisted Bilayer Graphene
魔角扭曲双层石墨烯（MATBG）拥有许多相关的物质状态，可以通过静电掺杂进行调整。超导电性引起了人们的广泛关注，其背后的机制也是一个积极讨论的话题。MATBG已经通过大量的传输和扫描探针实验进行了实验表征。这种材料也成为超导电子学的通用平台，正如单片约瑟夫森结的实现所证明的那样。然而，即使相位相干现象已被测量，没有控制的超导相已被证明到目前为止。在此，我们提出了一个超导量子干涉装置（SQUID）在MATBG，超导相位差是通过控制的磁场。我们观察到的临界电流的磁振荡，证明了长程相干同意与超导载流子的有效电荷为2 e。我们调整到不对称和对称的SQUID配置通过静电控制的临界电流通过结。利用这种可调谐性，我们研究了器件中的电感，发现值高达2μH。此外，我们还直接观察到器件的一个约瑟夫森结的电流-相位关系。我们的研究结果表明，在MATBG超导装置可以按比例放大，并用于揭示材料的性能。我们希望这能促进这种类型设备的更系统的实现，提高提取材料微观特征的准确性。我们还设想出现更复杂的设备，如相位滑移结或高动态电感检测器。
2022-01-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Nanoscale multifunctional sensor formed by a Ni nanotube and a scanning Nb nanoSQUID
纳米级磁铁可能会成为下一代记忆的基石。为了探索它们的功能，纳米级的磁传感是关键。我们提出了一个多功能的组合的扫描纳米尺寸的超导量子干涉仪（nanoSQUID）和镍纳米管连接到一个超软悬臂作为磁性尖端。我们绘制并分析了Ni管和Nb nanoSQUID之间的磁耦合，展示了SQUID结构中捕获的Abrikosov涡旋的成像-这对于排除虚假磁信号很重要-并揭示了nanoSQUID作为超灵敏位移检测器的高潜力。我们的研究结果为纳米磁性和超导性的基础研究开辟了一条新的途径。
2013-05-06 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
A scanning resonator for probing quantum coherent devices
本文实现了一种扫描谐振器，无需片上超导谐振器即可对量子相干器件进行可调相干耦合探测，并成功表征了多个transmon量子比特的能谱与相干时间，为circuit QED测量量子比特平台提供了新工具。
2025-06-27 cond-mat.mes-hall quant-ph
Coherent Operation of a Gap-tunable Flux Qubit
为了在实验中调节量子比特的带隙，我们用可调直流超导量子干涉器（DC-SQUID）代替了定义三结磁通量子比特性质的约瑟夫森结。我们观察到不同的间隙作为外部预偏置磁场和本地磁场的函数，通过高带宽的芯片上的控制线控制的DC-SQUID。持续电流和间隙行为与数值模拟结果一致。在样品设计阶段，我们在控制线上设置间隙的灵敏度。在一个量子比特动力学时间尺度上的几个GHz的调谐范围内，我们观察到相干系统动力学在简并点。
2010-08-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Nanofabricated tips for device-based scanning tunneling microscopy
报道了一种新型扫描隧道显微镜针尖的制备和性能。通过充分结合使用现代微机械加工和纳米纤维技术的硅芯片上的金属尖端，我们实现了所谓的智能提示，并显示基于设备的STM提示的可能性。与传统的蚀刻金属线尖端相反，这些可以集成到光刻定义的电路中。我们描述了一种新的制造方法来创建一个定义的顶点上的硅芯片和实验证明的高性能的智能提示，无论是在稳定性和分辨率。原位针尖制备方法是可行的，我们验证了它们可以解决人字形重建和弗里德尔振荡的Au（111）表面。我们进一步提出了可能的应用程序的概述。
2020-05-02 cond-mat.mes-hall cond-mat.str-el physics.app-ph
A Josephson radiation comb generator
提出了一种基于直流超导量子干涉器件（SQUID）的约瑟夫森辐射梳状发生器（JRCG）的实现方案，该器件由外加磁场驱动。当磁通量穿过临界电流干涉图案的衍射节点时，超导相经历$π$的跳跃，并且在SQUID的极端处产生电压脉冲。在周期性驱动下，这允许产生一系列尖锐的、均匀间隔的电压脉冲。在频域中，这对应于类似于光学和计量学中所利用的梳状结构。利用该装置，可以产生高达数百个驱动频率的谐波。例如，在1 GHz下驱动的一系列$50$相同的高临界温度SQUID可以在200 GHz下提供高达$0.5$ nW的功率。全固态辐射梳状发生器的可用性，如JRCG，很容易集成在芯片上，可以铺平道路的一些技术应用，从计量到亚毫米波的产生。
2015-07-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Record-high Anomalous Ettingshausen effect in a micron-sized magnetic Weyl semimetal on-chip cooler
本研究提出利用反常埃廷斯豪森效应实现片上制冷，在微米级Co2MnGa器件中创下-2.1 mV系数纪录，其中44%由Berry曲率等拓扑性质贡献，为纳米结构点制冷提供新途径。
2024-03-20 cond-mat.mes-hall
Fully suspended nano-beams for quantum fluids
无创探头是基础研究的重点。它们的尺寸和可操作性（例如速度、耗散功率）定义了它们对于特定用途的适用范围。因此，固态物理学拥有例如原子力显微镜（AFM）、扫描隧道显微镜（STM）或扫描SQUID显微镜。相比之下，量子流体（超流体$^3$ He，$^4$ He）仍然缺乏能够（以完全可控的方式）感知它们的探针，直到它们最小的相关长度尺度，即相干长度$ξ_0$。在这项工作中，我们报告的制造和低温特性的完全悬挂（悬挂在一个开放的窗口，没有衬底下）硅$_3$ N $_4$纳米梁，宽度下降到50 nm和品质因数高达$10^5$。作为一个基准实验，我们用它们来研究克努森边界层的稀薄气体：$^4$他在非常低的压力。Gazizulin等人[1]中讨论的由于附近芯片表面而导致的稀疏效应的缺乏得到了证实，而我们报告了探针尺寸本身的影响。
2022-04-22 cond-mat.mes-hall
A scanning transmon qubit for strong coupling circuit quantum electrodynamics
就像为特定类别的问题设计的量子计算机一样，量子模拟器可以对经典计算机难以计算的量子系统进行定量建模。利用超冷原子和囚禁离子等系统对量子多体系统进行了量子模拟。超导电路最近被研究作为一种替代系统，其中微波光子被限制在耦合谐振器的晶格中，作为研究中的粒子，量子比特耦合到谐振器，产生有效的光子-光子相互作用。这样的系统有望深入了解相互作用玻色子的非平衡物理学，但需要新的工具来理解这种复杂的行为。在这里，我们演示了扫描transmon量子比特的操作，并提出其作为超导谐振器晶格内的光子数的本地探针的用途。我们将量子比特的耦合强度映射到单独芯片上的谐振器，并表明系统在宽扫描区域内达到强耦合状态。
2013-03-04 cond-mat.mes-hall quant-ph
Realization of pure gyration in an on-chip superconducting microwave device
该研究利用时空调制在超导微波谐振器中实现了纯回转，解决了超导电路对磁场敏感导致非互易耦合困难的问题，实验实现了>58 dB隔离度的首个片上超导回转器。
2025-06-24 cond-mat.mes-hall cond-mat.other quant-ph
Precise nanoscale temperature mapping in operational microelectronic devices by use of a phase change material
微电子工业正在推动单个元件物理尺寸的基本限制，以生产更快，更强大的集成芯片。这些芯片具有纳米级特征，其耗散功率，导致纳米级热点，从而导致器件故障。为了了解热点对可靠性的影响，需要在实际工作条件下对器件进行测试。因此，需要发展高分辨率的测温技术来了解器件工作过程中的散热过程。最近，已经提出了几种温度测量技术，例如辐射测温法、基于热电偶的接触测温法、扫描热显微镜（SThM）、扫描透射电子显微镜（STEM）和基于过渡的阈值温度计。然而，这些技术中的大多数具有局限性，包括需要广泛的校准、实际器件温度的扰动、低吞吐量和超高真空的使用。在这里，我们提出了一种简便的技术，它使用的薄膜接触测温法的基础上的相变材料Ge 2 Sb 2 Te 5，精确地映射从纳米尺度到微米尺度的热轮廓。Ge_2Sb_2Te_5在玻璃化转变温度下发生晶化转变，其电导率、光反射率和密度发生较大变化。使用这种方法，我们映射的表面温度的纳米线和嵌入式微加热器在同一芯片上的温度等高线的规模不同的三个数量级。由于薄膜的连续性质，空间分辨率可以高达20纳米。
2020-11-19 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
A Hybrid Analog/Digital Phase-Locked Loop for Frequency Mode Non-contact Scanning Probe Microscopy
非接触式扫描探针显微镜（SPM）已经发展成为一种强大的技术，以图像的许多不同性质的样品。传统的方法包括监测悬臂梁在其谐振频率或接近其谐振频率处振荡的振幅、相位或频率，因为悬臂梁在样品的表面上扫描。对于高Q因数的悬臂梁，监测谐振频率是获得合理扫描时间的首选方法。这可以通过使用锁相环（PLL）来完成。PLL可以作为商业集成电路获得，但这些不具有SPM所需的频率分辨率。为了提高分辨率，还实现了需要复杂的数字信号处理器或现场可编程门阵列的全数字PLL。我们在这里描述一个混合模拟/数字PLL，其中大部分组件是使用离散模拟集成电路实现的，但频率分辨率是由一个简单的PIC微控制器控制的直接数字合成芯片提供。PLL具有出色的频率分辨率和噪声，可通过USB连接由计算机控制和读取。
2013-07-31 cond-mat.mes-hall cond-mat.other physics.ins-det
