Response to comment on theoretical RF field limits of multilayer coating structures of superconducting resonator cavities
对作者的SRF会议预印本[1]的评论由A. [2]第二节：在这个响应中，我们表明注释中使用的参数是无效的。[1]2019年09月归档[2]
2013-10-16 cond-mat.supr-con physics.acc-ph
Copper waveguide cavities with reduced surface loss for coupling to superconducting qubits
近年来，利用三维微波波导腔与transmon量子比特耦合，超导量子比特相干时间得到了显著的改善。虽然在这个方向上的许多测量都利用超导铝腔，但最近的其他工作涉及耦合到铜腔的量子位，其相干时间接近0.1 ms。铜为腔壁和量子位芯片的热化提供了良好的路径，尽管大量的腔损耗使传统的色散量子位测量具有挑战性。我们正在探索各种方法来提高三维铜腔的品质因数，包括电解抛光和涂覆超导锡层。我们已经在多次冷却时表征了这些空腔，并发现镀锡是坚固的。此外，我们在这些腔中对transmon量子比特进行了相干测量，并观察到了有希望的性能。
2014-09-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Reaching 10 ms single photon lifetimes for superconducting aluminum cavities
三维微波腔最近已经与超导量子比特结合在电路量子电动力学（cQED）架构中。这些腔应该对表面和界面处的介电和导体损耗具有较低的灵敏度，这目前限制了平面谐振器的性能。我们预计，3D结构应该可以实现显著（>10^3）更高的品质因数和更长的寿命。基于这一原理，我们在单光子能量和毫开尔文温度下获得了大于0.5 × 10^9的内部品质因数和0.01秒的本征寿命。这些改进可以使长寿命的量子存储器在与超导量子位强耦合时具有亚微秒的访问时间。
2013-05-22 cond-mat.supr-con quant-ph
Study of NbN as superconducting material for the usage in superconducting radio frequency cavities
本研究利用Supax实验装置，在2.5T强磁场和8.4GHz共振频率下表征了NbN涂层超导腔的行为，发现其表面电阻随磁场增强而增加导致品质因数下降，该特性与先前研究的Nb3Sn腔体相似。
2024-12-19 cond-mat.supr-con hep-ex physics.acc-ph
Generating entanglement between microwave photons and qubits in multiple cavities coupled by a superconducting qutrit
讨论了如何利用超导量子比特耦合的四个\textrm{microwave}共振器\textrm{(a.k.a. cavities)}产生纠缠相干态。我们还展示了四个超导量子位嵌入四个不同谐振器\textrm{can be created with this scheme}的GHZ态\textrm{that}。原则上，可以扩展\textrm{the proposed method}以创建$n$谐振器的纠缠相干态，并制备分布在量子网络中的$n$腔上的$n$量子位的Greenberger-Horne-Zeilinger（GHZ）态。此外，注意，由耦合器量子比特耦合的四个谐振器可以用作基本电路块以构建二维量子网络，这对于可扩展的量子信息处理是有用的。
2013-07-04 cond-mat.supr-con quant-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
Elucidating mechanism of optical cavities in superconducting strip single photon detectors using transmission line and impedance models
Graduate School of Engineering, Tohoku University（东北大学大学院工学研究科）
本文通过传输线和阻抗模型分析了超导条单光子探测器中光学谐振腔的吸收机制，比较了不同谐振腔结构的理论计算与数值模拟结果，发现两者接近，并提出阻抗匹配设计概念适用于其他超导探测器。
2026-04-28 cond-mat.supr-con physics.optics quant-ph
Two different origins of the Q-slope problem in superconducting niobium film cavities for a heavy ion accelerator at CERN
沉积在铜衬底上的超导铌膜腔（Nb/Cu）自发明以来就受到强场依赖性表面电阻的影响，通常称为Q斜率问题。我们认为，Q斜率可能不是一个内在的问题，而是源于一个组合的因素，可以在适当的环境条件下显示。在这项研究中，在一系列无缝腔体实验中，外部效应被小心地最小化。低频谐振腔Q斜率的起源可以追溯到两种不同温度和磁场依赖性的贡献。影响剩余电阻的Q斜率的第一分量是由俘获的磁通量引起的，俘获的磁通量通常被用于大块铌腔的磁屏蔽所抑制。第二，温度依赖的Q斜率的分量，是类似的中场Q斜率，这是众所周知的散装铌腔。这些结果与理论模型进行了比较，并提出了未来可能的研究。
2018-12-11 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
Electromagnetic Response of Disordered Superconducting Cavities
本文基于超导非平衡态理论研究了无序Nb SRF腔的电磁响应，准确预测了全温度范围内的共振频移和品质因数，并揭示了接近Tc时的负频移异常源于正常金属趋肤深度与London穿透深度的竞争。
2023-07-15 cond-mat.supr-con
Simple model for the RF field amplitude dependence of the trapped flux sensitivity in superconducting RF cavities
射频超导腔性能的提高，最近激发了相当大的研究工作，以阐明捕获磁通量的表面电阻$R_{s}$的效果。在本文中，我们表明，通过引入一个非线性的钉扎力的Gittleman-Rosenblum方程的RF功率耗散由于在超导体中的捕获磁通量，我们可以经验地描述的线性依赖于RF场的振幅$B_{rf0}$的附加表面电阻$R_{fl}$。我们还表明，RF场的依赖性和独立的条款之间的比例$R_{fl}^{1}$和$R_{fl}^{0}$，和频率依赖性的$R_{fl}^{1}$自然遵循这种方法。
2019-01-08 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
The Importance of the Electron Mean Free Path for Superconducting RF Cavities
杂质掺杂是SRF领域中一项令人兴奋的新技术，它可以产生具有创纪录的高品质因数$Q_0$和BCS表面电阻的腔，BCS表面电阻随着RF场的增加而减小。最近的理论工作为这种反Q斜率提供了一个很有希望的解释，但表面电阻的降低和掺杂腔的短平均自由程之间的联系仍然难以捉摸。在这项工作中，我们调查这个链接，发现这种减少的幅度直接与平均自由程：较短的平均自由程对应于较强的反Q斜率。我们得出了平均自由程和准粒子过热之间的理论联系，这导致了长平均自由程腔的反Q斜率向正常Q斜率的减小。我们还调查了剩余电阻的灵敏度被困的磁通量，一个属性，这是大大提高了掺杂腔，并计算出一个最佳的掺杂制度，为一个给定的量的被困磁通量。
2016-08-05 cond-mat.supr-con physics.acc-ph
A model for hot spots and Q-slope in granular Niobium thin film superconducting RF cavities
我们提出了一个模型来解释导致在铌薄膜超导RF腔的内壁热点的形成的功率耗散。我们探讨的物理机制是由于在晶粒界面边界的表面电流流动的收缩。这种收缩产生了额外的电接触电阻，这引起了局部的点状散热。在这些点的温度是派生的，和电接触电阻被证明取决于磁场上的增益接触的大小，其中耗散发生，和其他关键参数，包括有效的伦敦穿透深度和频率。表面电阻和品质因数的确定使用我们的模型，并被证明是在良好的协议与实验数据。
2022-04-07 cond-mat.supr-con physics.acc-ph
Understanding Quality Factor Degradation in Superconducting Niobium Cavities at Low Microwave Field Amplitudes
在铌超导射频加速腔中，低场品质因数的降低--所谓的\emph{low field Q slope or LFQS} --是一个长期存在的无法解释的效应。通过将高$Q$测量技术扩展到超低场，我们发现了两个先前未知的效应特征：i）在低于$E_\mathrm{acc} \sim 0.1$ ~MV/m的RF场下的饱和; ii）通过生长较厚的五氧化二铌而增强的强降解。我们的研究结果表明，LFQS可能是由两个层次的系统在天然铌氧化物内腔表面，从而确定了一个新的剩余电阻的来源，并提供指导潜在的非加速器低场应用的SRF腔。
2017-11-22 cond-mat.supr-con physics.acc-ph quant-ph
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
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
Precision microwave dielectric and magnetic susceptibility measurements of correlated electronic materials using superconducting cavities
我们分析了微波谐振腔微扰方法，并表明该技术是一种优秀的，精确的方法来研究动态磁和介电响应的$GHz$频率范围内。使用超导腔，我们获得了非常高的精度和灵敏度的相对变化的测量。介绍了一种动态电磁磁化率$\tildeζ(T)=ζ^{\prime}+iζ^{\prime \prime}$，它是由谐振腔谐振频率的偏移量$δf$和品质因数$Q$测量得到的。我们专注于放置在圆柱形谐振腔中心的$TE_{011}$模式的球形样品的情况下。根据样品特性，可以从$\tildeζ_{H}$中提取磁导率$\tildeμ$、介电常数$\tildeε$和复电导率$\tildeσ$。给出了腔体扰动的全球面波分析。这种分析导致了在新型低维材料中观察到新的现象。
2000-01-19 cond-mat.str-el cond-mat.supr-con
Demonstration of superconducting micromachined cavities
超导外壳将是基于电路量子电动力学（cQED）的可扩展量子计算设备的关键部件。在密集集成的设备中，它们可以保护量子比特免受噪声的影响，并作为量子存储单元。无论是通过加工大块金属还是微加工晶片来构造，3D外壳通常由两个或更多个部件组装而成。由此产生的接缝可能会耗散交叉电流并限制性能。在这封信中，我们提出了测量的品质因数超导腔谐振器的几种材料，尺寸和接缝位置。我们观察到超导铟可以是低损耗的RF导体，并形成低损耗的接缝。利用这一点，我们创建了一个超导微机械谐振器与铟，具有品质因数的两百万，尽管大大减少了模式体积。这种类型的谐振器的层间耦合是通过位于平面传输线下方的孔径来实现的。所描述的技术证明了用于可扩展量子计算的多层微波集成量子线路的原理证明。
2015-09-11 cond-mat.supr-con quant-ph
Magnetometric Mapping of Superconducting RF Cavities
介绍了一种可扩展的超导射频腔标测系统。目前，它将局部温度测量与沿谐振器外表面的3D磁场映射相结合。这允许观察对腔的超导性质具有影响的动态效应，例如正常到超导的相变或失超。该系统是为一个单一的细胞1.3 GHz的TESLA型腔，但可以很容易地通过任意其他腔类型。所有通道的数据采集速率为500 Hz，同时（即，完整标测图的采集时间为2 ms），磁场分辨率目前高达14 mA/m/mu 0 = 17 nT。虽然温度测绘是SRF研究中的一种众所周知的技术，但磁场测绘的集成开启了详细研究捕获的磁通量及其对表面电阻的影响的可能性。结果表明，基于各向异性磁阻（AMR）效应的磁场传感器可以在低温环境中使用，与室温相比具有更高的灵敏度。此外，第一次成功的结合温度和磁场地图的例子。
2018-04-10 cond-mat.supr-con physics.ins-det
Flux pinning characteristics in cylindrical ingot niobium used in superconducting radio frequency cavity fabrication
本文给出了用于超导射频（SRF）谐振腔制造的圆柱形大块大颗粒（LG）和细颗粒（FG）铌样品的直流磁化强度和穿透深度测量结果。表面处理包括电解抛光和低温烘烤，因为它们通常应用于SRF腔。磁化强度数据拟合使用修改的临界状态模型。临界电流密度Jc和钉扎力Fp的计算从磁化数据和它们的温度依赖性和场依赖性。与FG样品相比，LG样品具有较低的临界电流密度和钉扎力密度，这意味着较低的磁通捕获效率。这种效应可以解释LG腔中经常观察到的剩余电阻值低于FG腔。
2012-01-18 cond-mat.supr-con physics.acc-ph
Vortex dynamics and losses due to pinning: Dissipation from trapped magnetic flux in resonant superconducting radio-frequency cavities
本文利用涡旋动力学模型和集体弱钉扎理论研究了脏超导体中由于俘获磁通量引起的剩余耗散。使用简单的估计，近似的分析计算，数值模拟，我们作出预测和比较与实验进行的CERN和康奈尔大学的超导射频NbCu，掺杂Nb和Nb $_3$ Sn谐振腔。我们调用滞后损失起源于一个崎岖的钉扎电位景观来解释的线性行为的剩余电阻的灵敏度被困磁通量的射频场的振幅的函数。我们的计算还预测和描述了从滞后为主的粘性为主的耗散制度的交叉。我们提出了简单的公式描述功率损耗和交叉行为，这可以用来指导材料参数的调整，以优化腔的性能。
2018-10-22 cond-mat.supr-con physics.acc-ph
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
Dissipation by surface states in superconducting RF cavities
最近对超导腔的实验发现，在大的射频（RF）电磁场下，品质因数可以随着场幅度的增加而改善，即所谓的“反Q斜率”。“线性耗散理论在这些极端条件下崩溃，无法解释这种行为。我们数值求解了平行交流磁场中超导体表面的Bogoliubov-de Gennes方程，发现在大磁场下存在准粒子表面态，其能量低于超导能隙的体值.随着场的振荡，这种状态随着每个周期出现和消失。我们认为耗散导致非弹性准粒子声子散射到这些国家和调查的能力，这种机制来解释功能的实验观察，包括场的依赖性的品质因数。我们发现，这种机制可能不是耗散的主要来源，本身不会产生反Q斜率;然而，我们在一个修改后的双流体模型中演示了这些束缚态如何在产生反Q斜率中发挥作用。
2022-09-19 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
Fast tuning of superconducting microwave cavities
光子是电磁场的基本激发，可以在腔中捕获。对于具有特定尺寸的给定腔，基模具有固定的频率{ \it f}，其赋予光子特定的“颜色”。该腔还具有典型的寿命$τ$，这导致有限线宽$δ$ { \it f}。如果腔的尺寸与$τ$相比变化得快，并且使得频率改变$Δ$ { \it f} $\gg δ$ { \it f}，则可以改变捕获光子的“颜色”。在这里，我们展示超导微波腔，可调的有效长度。通过改变腔体一端的约瑟夫森电感来实现调谐。我们显示了四个不同的样品上的数据，并演示了数百线宽的时间$Δt \ll τ$调谐。在少光子极限下，我们证明了储存在腔中的光子在失谐后将从具有新频率的腔中泄漏出来。被测器件的特性使其适用于不同的应用，如量子比特的动态耦合和参量放大。
2008-11-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
Comment on "Strong Meissner screening change in superconducting radio frequency cavities due to mild baking" [Appl. Phys. Lett. 104, 072601 (2014)]
本文评论指出 Romanenko 等人关于温和烘烤改变 Nb SRF 腔迈斯纳屏蔽特性的结论是分析产生的人为假象，其与超导双层结构的相似性纯属偶然。
2023-09-06 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
High cooperativity coupling of electron-spin ensembles to superconducting cavities
固体中的电子自旋是超导量子比特的量子存储器的有希望的候选者，因为它们可以具有长的相干时间，大的集体耦合，并且许多量子比特可以被编码为单个系综的自旋波。我们证明了电子自旋系综耦合到超导传输线谐振器的耦合强度大大超过腔衰减率和可比的自旋线宽。我们还使用增强的耦合所提供的小截面的传输线进行宽带光谱的红宝石在毫开尔文温度下，在低功率。此外，我们观察到金刚石P1心的超精细结构和自旋的时域饱和弛豫。
2010-06-01 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
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
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
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
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
Development of a broadband reflective T-filter for voltage biasing high-Q superconducting microwave cavities
我们提出了一种反射式阻带滤波器的设计，准集总元件的基础上，可以利用引入大的直流和低频电压偏置到一个低损耗的超导共面波导（CPW）腔。滤波器的传输测量被认为是在良好的协议与模拟，并证明插入损耗大于$20\,{\rm dB}$的范围内的${\rm 3\,to\,10\,GHz}$。此外，传输测量的CPW的基本模式表明，加载的品质因数超过$10^5$可以实现与这种设计的直流电压一样大的${\rm 20\,V}$和腔在单光子制度。这使得该设计适用于许多应用，包括量子位耦合机械系统和电路QED。
2014-09-26 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Inter-qubit interaction mediated by collective modes in a linear array of three-dimensional cavities
设计了一种类似乐高积木的结构集，可以组装不同的三维（3D）腔和量子比特的线性阵列，用于电路量子电动力学（cQED）实验。利用高频结构模拟器（HFSS）对量子比特三维腔阵列的电磁特性进行了研究。提出了一种将系统的哈密顿描述与简单的HFSS模拟相结合的方法来估计腔阵列中不同腔中量子比特之间的耦合强度。通过使用这种技术和直接从模拟中获得的量子位间耦合强度之间的良好一致性表明，该方法适用于更复杂的量子位腔阵列，其中有限元电磁模拟器的使用是有限的。
2019-06-29 cond-mat.supr-con quant-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
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
Thermal annealing of sputtered Nb3Sn and V3Si thin films for superconducting radio-frequency cavities
Nb_3Sn和V_3Si薄膜是下一代超导射频（SRF）谐振腔的理想材料。然而，溅射膜在沉积和后退火期间经常遭受化学计量和应变问题。在这项研究中，我们探讨了热退火的结构和化学效应，包括原位和溅射后，在Nb或Cu衬底上DC溅射的不同厚度的Nb 3Sn和V3 Si薄膜，从我们的初步研究[1]延伸。通过在950 °C下退火，我们成功地使具有化学计量和无应变晶粒的Nb衬底上的100 nm薄Nb 3Sn膜再结晶。对于2 μ m厚的膜，我们观察到应变的去除和晶粒尺寸随着温度的升高而略有增加。退火使V_3Si薄膜的结构从不稳定到稳定的相变，而我们观察到显着的Sn损失在2 μ m厚的Nb_3Sn薄膜高温退火后。我们观察到类似的Sn和Si的损失上的薄膜顶部的铜基板在退火过程中，可能是由于Cu-Sn和Cu-Si相的产生和随后的Sn和Si蒸发。这些结果鼓励我们改进我们的工艺以获得用于SRF的高质量溅射膜。
2023-01-02 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con physics.app-ph
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
Analysis of Magnetic Vortex Dissipation in Sn-Segregated Boundaries in Nb$_3$Sn Superconducting RF Cavities
我们采用实验、理论和计算相结合的方法研究了Nb $_3$ Sn超导RF（SRF）腔中涡旋成核的机制。一些Nb $_3$ Sn空腔的扫描透射电子显微镜（STEM）图像和能量色散谱（EDS）显示Sn浓度高达$\sim$ 35 at.\%的Nb $_3$ Sn中Sn在晶界处偏析。化学组成为宽度$\sim$ 3 nm。使用从头计算，我们估计过量锡的局部超导性能的材料上的效果。我们模拟Sn偏析作为一个降低的局部临界温度。然后，我们使用含时的金-朗道理论来理解偏析的作用，磁涡旋成核。我们的模拟结果表明，晶界作为两个成核点的涡旋渗透和钉扎点的涡旋后成核。取决于所施加的场的大小，涡旋可能保持钉扎在晶界中或穿透晶粒本身。我们估计超导损耗，由于涡流填充晶界，并与观察到的性能退化与更高的磁场。我们估计，品质因数可能会减少一个数量级（$10^{10}$到$10^9$）在典型的操作领域，如果0.03\%的晶界积极成核涡流。此外，我们估计的体积，将需要充满涡流，以配合腔加热的实验观察。
2020-12-20 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.supr-con physics.acc-ph
