Tuning a 3D Microwave Cavity via Superfluid Helium at MilliKelvin Temperatures
3D微波腔的频率可调谐性为其在混合量子系统和相关技术中的应用开辟了许多可能性。对于许多应用，期望在没有机械致动的情况下在低温下调谐谐振。我们表明，超导3D微波腔可以调谐在百分之一的水平，利用超流$^4$他在毫开尔文温度下的介电性能，而不影响其固有的品质因数-达到$3\times10^5$在本实验中。
2017-07-29 cond-mat.supr-con physics.app-ph quant-ph
28nm Fully-Depleted SOI Technology: Cryogenic Control Electronics for Quantum Computing
本文首次对 28nm FDSOI CMOS 技术进行低温表征，证明其在液氦温度下仍保持优异的体偏置可控性、更高驱动电流和低至 7mV/dec 的亚阈值摆幅，为量子计算低温低功耗控制电子器件提供了可行方案。
2019-12-20 cond-mat.mes-hall physics.app-ph quant-ph
Quantum Transport in 40-nm MOSFETs at Deep-Cryogenic Temperatures
在这封信中，我们的特点是商业散装40纳米MOSFET在室温和深低温下的电性能，重点是量子信息处理（QIP）的应用。在50 mK时，当分别施加高或低漏极偏压时，器件作为经典FET或量子点器件工作。在300 K时，经典区的工作表现出较好的介电常数和亚阈斜率.在量子区，所有测量的器件都表现出库仑阻塞。这是由量子点在通道中的形成，提出了一个模型来解释。参数的变化，重要的量子计算缩放，也被量化。我们的研究结果表明，体40 nm节点MOSFET可以很容易地用于低温CMOS经典量子线路在深低温的共集成，并且可变性接近均匀性要求，使共享控制。
2020-05-28 physics.app-ph
A solid-state high harmonic generation spectrometer with cryogenic cooling
本研究搭建了基于真空腔与闭循环氦制冷机的低温冷却固态高次谐波产生光谱仪，验证了飞秒激光作用下样品区可维持低温，为低至数开尔文的温度依赖sHHG测量及强关联材料低温物相研究提供新工具。
2023-09-07 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.ins-det
Characterization and Analysis of On-Chip Microwave Passive Components at Cryogenic Temperatures
本文介绍了微波无源元件，包括金属氧化物金属（MoM）电容器，Transformers和谐振器，在深低温（4.2 K）的特性。电容，电感和品质因数的变化解释有关的物理参数的温度依赖性和由此产生的见解在低温下的无源器件的建模。首次报道的低至4.2 K的表征和建模对于设计低温CMOS射频集成电路至关重要，这是为可扩展量子计算机构建电子接口的有希望的候选者。
2019-11-29 physics.app-ph quant-ph
A cryogenic magneto-optical device for long wavelength radiation
我们在这里提出了一个小规模的液氦（LHe）浸没式低温恒温器与创新的光学设置，适合于在长波长辐射范围内工作，并在施加磁场。低温恒温器是一个多级装置，除了几个光学级外，还具有几个屏蔽。该系统设计了一个外部液氮锅炉，以减少液体起泡。对光学元件的光学和机械性能进行了计算和优化，同时根据器件的几何形状对不同配置的光学布局进行了模拟和优化。最后的设计已被优化的低噪声辐射测量的邻近结阵列下施加的磁场在波长范围$λ$ =250-2500 $μ$ m。
2020-04-27 cond-mat.supr-con physics.app-ph physics.ins-det
An integrated cryogenic optical modulator
在低温下工作的集成电子和光子电路（PIC）是实现可扩展的量子计算和低温计算技术所需的基本构建块。光学互连提供比电线更好的性能和热绝缘性，对于真正的量子通信至关重要。硅PIC在室温应用中已经成熟，但由于缺乏有效的低温电光（EO）调制，其低温性能受到限制。虽然探测器和激光器在低温下性能更好，但低温光开关仍然是一个未解决的挑战。在这里，我们通过使用集成的钛酸钡（BaTiO 3）基器件中的普克尔斯效应，演示了从室温到4 K的EO切换和调制。我们报告的非线性光学（NLO）性能的BaTiO 3在以前没有被探索的温度范围内，在4 K时显示出200 pm/V的有效普克尔斯系数。我们展示了迄今为止任何低温开关的最大EO带宽（30 GHz），超低功耗调谐（比热调谐效率高10^9倍）以及20 Gbps的高速数据调制。我们的研究结果表明，低温PIC缺少一个组件。它消除了在量子计算和超级计算领域实现新型低温兼容系统的主要障碍，并将这些系统与室温下的现实世界连接起来。
2019-04-24 physics.app-ph physics.optics
Enhanced Non-Ohmic Drain Resistance of 2DFETs at Cryogenic Temperature
本研究发现2DFETs在低温下漏电流从欧姆转为非欧姆行为，源于金属-半导体接触处的不对称电流减小，揭示了低温接触物理机制及金属选择的重要性。
2025-02-04 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Loss Mechanisms in Cryogenic Microwave Epitaxial AlN Resonators
Rensselaer Polytechnic Institute（伦斯勒理工学院）；Yale University（耶鲁大学）；Cornell University（康奈尔大学）
本文研究了极低温下FBAR的损耗限制，通过建立物理模型分析了内在和外在损耗机制，验证了模型在不同频率谐振器中的适用性，为超导量子硬件设计提供理论支持。
2026-08-31 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Characterization and Modeling of Self-Heating in Nanometer Bulk-CMOS at Cryogenic Temperatures
本工作提出了一个自加热的40纳米体CMOS工艺在环境温度范围从300 K到4.2 K的研究。设计并制造了一种定制的测试芯片，用于测量MOSFET沟道和周围硅衬底中的温升，分别使用栅极电阻和硅二极管作为传感器。由于自加热取决于器件几何形状和功率密度等因素，因此这项工作中表征的测试结构专门设计为类似于低温量子位控制IC中使用的实际器件。严重的自加热被观察到在深低温环境温度下，导致通道温度上升超过50 K，并具有可检测到的影响，在距离高达30微米的设备。通过从不同温度下的测量数据中提取热阻，结果表明，一个简单的模型能够准确地预测从深低温到室温的整个环境温度范围内的通道温度。在这项工作中提出的结果和建模有助于实现低温CMOS电路的可靠设计和操作所需的完整的自加热意识的IC设计流程。
2021-06-15 physics.app-ph quant-ph
A fifty-fold improvement of thermal noise limited inertial sensitivity by operating at cryogenic temperatures
本文介绍了一种真空兼容的低温加速度计，它的灵敏度在1 mHz ~ 10 Hz范围内可达到$<0.5$ p $g$ Hz $^{-1/2}$，在10 Hz附近最大灵敏度可达10 f $g$ Hz $^{-1/2}$。该数字可以转换为2 - 100 Hz之间的位移灵敏度$<2$ fm Hz $^{-1/2}$。在1~Hz下，这将比任何运动传感器获得的最佳灵敏度高出三个数量级以上。这一改进对引力波测量、电子物理、加速器物理和引力学等领域都有重要意义。在目前的粒子加速器和未来的引力波探测器$<$ 10 K低温应用于测试质量，以减少热噪声。这个概念可以受益于已经存在的超导状态温度，并达到所有陆地地震谱的$>10^5$信噪比。该传感器可用于控制粒子加速器中的束聚焦低温电磁铁，用于未来引力波探测器的低温惯性传感和其他领域。
2019-12-13 physics.app-ph physics.ins-det
High performance integrated graphene electro-optic modulator at cryogenic temperature
在低温下工作的高性能集成电光调制器是低温应用中光互连的关键。然而，现有的集成调制器在低温下遭受降低的调制效率或带宽，因为它们依赖于随温度降低而降级的调谐机制。石墨烯调制器是一种有前途的替代品，因为石墨烯的固有载流子迁移率在低温下增加。在这里，我们展示了一个集成的石墨烯基电光调制器，其在4.9 K时的14.7 GHz带宽超过了12.6 GHz的室温带宽。该调制器的带宽仅受高接触电阻的限制，在4.9K时其本征阻容限制带宽为200GHz。
2020-07-02 physics.app-ph physics.optics
Electric Charging Effects on Insulating Surfaces in Cryogenic Liquids
本文提出一种结合低温恒温器和电光克尔效应的新技术，研究低温液体中强电场下绝缘表面的离子吸附/解吸，并测量PMMA介电常数，探讨其对中子电偶极矩实验的影响。
2023-12-31 cond-mat.soft physics.app-ph physics.optics
Bounded Distribution Functions for Applied Physics, Especially Electron Device Simulation at Deep-Cryogenic Temperatures
数值下溢和溢出是在低于约50 K的温度下推出建模和仿真基础设施的主要障碍。扩展数值精度是计算密集型的，因此最好避免。这些数值挑战的根本原因在于费米-狄拉克，玻色-爱因斯坦和玻尔兹曼分布函数。为了解决它们的极值问题，提出了有界分布函数，它在给定的精度下是数值安全的，但在物理水平上与标准分布相同。这些功能可以帮助开发电子器件模型和TCAD软件，以默认的双精度处理深低温温度，以跟上快速的实验进展。更广泛地说，它们也可以应用于具有类似数值挑战的应用物理的其他分支。
2022-12-04 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Sub-nanosecond spin-torque switching of perpendicular magnetic tunnel junction nanopillars at cryogenic temperatures
自旋转移磁性随机存取存储器对于需要持久、快速、低能耗和高器件密度的低温应用具有重要意义。在这里，我们报告的低温纳秒持续时间的自旋转移开关特性的垂直磁隧道结（pMTJ）纳米柱器件（直径40至60 nm），并将其与它们的室温性能进行对比。有趣的是，在固定的脉冲电压下，特征开关时间随温度而减小，与宏观自旋模型预测相反，开关时间的最大减少发生在室温和150 K之间。开关能量随着温度的降低而增加，但在4K下仍然非常有利地与其他类型的自旋转移器件相比，每个开关所需的能量小于300 fJ。写入错误率（WER）测量结果显示出高度可靠性（在4 K下，4 ns脉冲时，WER <= 5x 10 ^-5），这表明pMTJ器件在低温应用中的前景以及进一步优化器件的途径。
2019-10-01 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Multi-Branch Transport in a Back-gated WS$_2$ Transistor at Deep-Cryogenic Temperature
University of Strathclyde（斯特拉斯克莱德大学）；Tyndall National Institute, University College Cork（科克大学廷德尔国家研究所）；School of Chemistry, University College Cork（科克大学化学学院）；National Physical Laboratory（英国国家物理实验室）
该研究在深低温（20 mK）下表征背栅多层WS$_2$晶体管，发现其保持强栅极可调性（开关比>10^5），并观察到可重复的肩状开启特征，通过多有效导电分支并联的唯象模型加以解释。
2026-10-01 cond-mat.mes-hall physics.app-ph
Observation of Highly Nonlinear Resistive Switching of Al2O3/TiO2-x Memristors at Cryogenic Temperature (1.5 K)
本文研究了Al_2O_3/TiO_2-x交叉点忆阻器在低温环境下的行为。我们报告了从300 K到1.5 K的忆阻器器件的成功电阻开关。的I-V曲线表现出负微分电阻效应之间的130和1.5 K，归因于金属-绝缘体转变（MIT）的Ti4 O 7导电丝。由此产生的高度非线性行为与在1.5 K下的最大ION/IOFF比84相关联，为无选择器的低温被动横杆铺平了道路。最后，温度依赖的热激活能相关的电导在低偏压（20 mV）提取的忆阻器在低电阻状态，建议跳跃型导电机制。
2019-09-10 cs.ET physics.app-ph
Cryogenic Ferroelectric Behavior of Wurtzite Ferroelectrics
本研究首次实验探索纤锌矿铁电体的低温铁电行为，发现其在4 K时EBD/EC比值达1.8（创最低开关温度）且疲劳行为从硬击穿转为铁电丧失，为其用于宽温区非易失性存储器提供可能。
2025-04-14 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph
Cryogenic operation of silicon photonic modulators based on DC Kerr effect
光子集成电路在低温下的可靠运行将为新兴的计算平台提供新的能力，例如量子技术和低功耗低温计算。绝缘体上硅平台由于其优异的可制造性、CMOS兼容性和高元件密度而成为开发大规模光子集成电路的非常有前途的方法。然而，在低温下在硅中进行快速、高效和低损耗的调制仍然是一个突出的挑战，特别是在不添加外来非线性光学材料的情况下。在本文中，我们展示了基于直流克尔效应的调制在5 K的温度下，在GHz的速度，在硅光子器件内制造的CMOS工艺。这项工作开辟了道路的集成DC克尔调制器在大规模光子集成电路的新兴低温经典和量子计算的应用。
2020-07-04 physics.app-ph physics.optics
A Methodology for Process Design Kit Re-Centering Using TCAD and Experimental Data for Cryogenic Temperatures
Semiwise Ltd.（Semiwise有限公司）；University of Glasgow（格拉斯哥大学）
本文提出了一种利用TCAD和实验数据重新定位过程设计套件以适应低温操作的方法，通过校准模型实现精确低温建模。
2025-12-06 cond-mat.mes-hall cs.SY eess.SY
Evaluation of Circular Complex Permeability in Single-Crystal Yttrium Iron Garnet at Cryogenic Temperatures
本文提出利用TE11n圆偏振谐振模式在300 K至2 K下直接测量低损耗铁氧体圆复数磁导率，并以单晶YIG验证其可提取饱和磁化强度和阻尼常数。
2025-08-19 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph quant-ph
Microwave Studies of Single Crystal TeO2 at Cryogenic Temperatures
University of Western Australia（西澳大利亚大学）
研究低温下单晶TeO₂的微波介电特性，结合有限元建模与多温度测量提取介电常数，通过损耗测量表明其品质因数高、损耗正切小，是有前景的低温微波低损耗电介质，电子自旋共振光谱还揭示其自旋环境等特性。
2026-07-10 cond-mat.mtrl-sci physics.app-ph physics.ins-det
Realization of giant elastocaloric cooling at cryogenic temperatures in TmVO$_4$ via a strain load/unload technique
本研究利用应变加载/卸载技术在低温下于TmVO$_4$中实现了巨弹热制冷效应，为该材料在低温制冷领域的应用及熵景观理解提供了新见解。
2024-09-10 cond-mat.mtrl-sci cond-mat.str-el physics.app-ph
