A quantum model for rf-SQUIDs based metamaterials enabling 3WM and 4WM Travelling Wave Parametric Amplification
提出了单光子水平下约瑟夫森基超材料三波混频和四波混频的量子模型。所考虑的传输线，即行波约瑟夫森参量放大器（TWJPA），是由一串rf-SQUID组成的双极，其可以被直流电流或磁场偏置以激活3 WM或4 WM非线性。该模型利用哈密顿方法来分析确定的时间演化的系统都在海森堡和相互作用的图片。前者返回放大器增益的解析形式，而后者允许恢复多模态Fock和相干输入态的光子布居的概率分布与时间的关系。的超材料的非线性的依赖性的电路参数在一个集总模型框架，同时评估的实验条件对模型有效性的影响。
2021-10-22 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con quant-ph
Coherent Oscillations of Driven rf SQUID Metamaterials
通过实验和数值模拟研究了射频超导量子干涉器件（射频超导量子干涉器件）超材料的可调谐性和非线性特性。这种超材料的电磁特性对受驱动的相互作用SQUID的相干响应程度很敏感。相干性遭受的障碍，这是实验发现，主要是由于直流磁通梯度的存在。我们展示了恢复相干性的方法，特别是通过改变SQUID元原子之间的耦合和增加所施加的射频通量的温度或幅度。
2017-02-24 cond-mat.supr-con nlin.AO quant-ph
Two-tone spectroscopy of a SQUID metamaterial in the nonlinear regime
由含有约瑟夫森结的超导环制成的紧凑型微波谐振器（SQUID）是构建具有低损耗和显著非线性特性的频率可调谐超材料的有吸引力的候选者。我们探索的SQUID超材料的非线性进行了双音共振光谱。实验和理论研究了超材料在强激励下的小振幅响应。在存在泵浦音的情况下测量弱探测信号的透射系数$S_{21}$。增加泵浦功率，我们观察到SQUID的共振频率$f_{\textrm{res}}$的明显振荡。这些振荡的形状随泵浦音$f_{\textrm{dr}}$的频率而显著变化。对探测信号的响应显示不稳定性和边带。观察到一个具有强二次谐波产生的态。我们提供了一个理论分析，这些意见，这是在很好的协议与实验结果。
2019-08-30 cond-mat.supr-con physics.app-ph
Imaging collective behavior in an rf-SQUID metamaterial tuned by DC and RF magnetic fields
利用非接触空间分辨成像技术研究了二维非线性超导超材料的集体行为。这种超材料由亚波长非线性振荡器组成，这些振荡器位于强耦合的27 x27射频超导量子干涉器件（rf SQUID）平面阵列中。通过使用低温激光扫描显微镜，我们在非辐射暗模式下对驱动SQUID中的微波电流进行成像，并识别出类似振荡的亚原子的聚集性和均匀性。我们遵循由于元原子共振频率调谐作为外部直流和射频磁通量偏置的函数的相干图案的重排。我们发现，整个SQUID阵列的射频电流分布在零直流通量和小射频通量揭示了低程度的相干性。相比之下，空间相干性显着提高后，增加射频通量的幅度，与模拟一致。
2019-01-15 cond-mat.supr-con physics.app-ph
A one-dimensional tunable magnetic metamaterial
我们目前的实验数据上的一维超导超材料，是可调的宽频带。这种磁性薄膜介质的基本构件是单结（rf-）超导量子干涉器件（SQUID）。由于这种元件的非线性电感，其谐振频率可通过施加直流磁场原位调谐。我们证明，这导致我们的超材料组成的54 SQUID的可调有效参数。为了从测量数据获得有效磁导率，我们采用仅使用复透射系数S21的技术。
2013-04-27 cond-mat.supr-con
Realization and modeling of rf superconducting quantum interference device metamaterials
我们利用射频超导量子干涉器件（RFSQUID）制备了超原子，并研究了它们随直流磁场、射频电流和温度的可调谐性。RF SQUID是超导开口环谐振器，其中通常的电容由约瑟夫森结补充，这在RF特性中引入了强非线性。我们发现数据和模型之间的良好协议，该模型将约瑟夫森结作为电容和电容分流结。在12 GHz的磁场可调谐度为80 THz/Gauss，总可调谐度为56 $%$，并首次证明了在中等激发功率下独特的电磁感应透明特性。RF SQUID超材料被示出具有与单个RF SQUID在DC通量和温度调谐方面定性相同的行为。
2013-10-28 cond-mat.supr-con nlin.CD
Josephson Metamaterial with a widely tunable positive/negative Kerr constant
我们报道了一种新型一维约瑟夫森超材料的微波特性，该材料由一系列非对称超导量子干涉器件（SQUID）组成，通过公共约瑟夫森结实现最近邻耦合。这种超材料表现出很强的克尔非线性，克尔常数在很宽的范围内可调，从正值到负值，通过磁通量线程SQUID。实验结果与约瑟夫森链非线性效应理论符合得很好。超材料是非常有前途的约瑟夫森行波参量放大器的有源介质，它的使用有利于相位匹配的四波混频过程中的有效参数增益。
2017-07-21 cond-mat.supr-con
Phase-Coherent Dynamics of a Superconducting Flux Qubit with Capacitive-Bias Readout
本文系统地研究了超导三约瑟夫森结磁通量子比特的相位相干动力学。量子比特态的检测与积分脉冲的方法，这是一个变种的脉冲开关DC SQUID方法。在该方案中，DC SQUID偏置电流脉冲经由电容器而不是电阻器施加，从而产生窄带通而不是电磁环境的纯低通滤波器配置。用这两种设置测量同一个量子位可以进行直接比较。通过电容方法，实现了大约四倍的开关脉冲速度和增加的可见性。此外，有利于电磁环境的精心设计，其最小化由于偏置电路引起的噪声。在简并点处，量子比特的相干性受到能量弛豫的限制。我们发现两个主要的噪音贡献。白噪声限制了能量弛豫，并有助于远离简并点的退相。1/f噪声是在最佳点的直接附近的失相的主要来源。1/f噪声的影响也得到了Ramsey和自旋回波衰减迹线中的非随机跳动的支持。耦合量子位振荡器系统的数值模拟表明，这些拍频是由于量子位与至少一个点状波动器的共振相互作用，特别是强烈耦合到量子位。
2008-09-19 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con
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
Superconducting Metamaterials
超材料（Metamaterials，缩写为EMT）是一种人工介质，旨在实现天然材料所不具备的特性，在过去的二十年中一直是研究的焦点。已经发现了许多特性，并且已经设计了多种设计，从而导致多种概念和实际应用。超导磁体具有超低损耗的优点，这是一个非常理想的特性。约瑟夫森效应和SQUID配置的额外使用产生进一步的特异性和功能性。基于SQUID的量子阱在理论上进行了研究，但也在许多实验室中进行了实验和分析，并且在经典和量子领域都发现了令人兴奋的新现象。SQUID是一种独特的非线性振荡器，可以通过多种外部手段进行操纵。这种灵活性继承到基于SQUID的扩展单元，即包含大量SQUID的扩展单元。这种弱耦合非线性振荡器的组装提出了一个非线性动力学实验室，在那里可以探索许多复杂的时空现象。我们主要集中在SQUID为基础的驱动程序，并提出了基本属性相关的个人和集体对外部驱动器的反应。我们首先展示了一个基于SQUID的系统如何作为一个真正的MM，证明了约瑟夫森非线性导致宽带可调谐性，固有的非线性以及平带本地化。我们探索进一步的属性，如多稳态和自组织和嵌合体状态的出现。然后，我们深入到真正的量子机制，并探讨电磁脉冲与超导量子比特的相互作用，两者之间的耦合产生自感透明和超辐射。因此，我们试图提出的耦合超导单元的丰富的行为，并指出他们的基本属性和实际效用。
2018-06-19 cond-mat.supr-con nlin.PS
Quantitative analysis of the interaction between a dc SQUID and an integrated micromechanical doubly clamped cantilever
基于超导量子干涉器件（SQUID）方程，耦合阻尼谐振子的运动方程和电容分流结模型，对dcSQUID与集成双夹持悬臂梁的相互作用进行了定量模拟.我们选择了调查现有的实验配置，并探讨了作为电压通量$V(Φ)$特性的函数的悬臂梁的运动和SQUID的反应。我们清楚地观察到洛伦兹力的反作用相互作用，并演示了如何一个尖锐的过渡态驱动系统进入非线性的制度，并调制悬臂梁位移振幅，简单地通过调整SQUID参数。
2019-02-08 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.app-ph
Traveling-wave parametric amplifier based on three-wave mixing in a Josephson metamaterial
我们研制了一种三波混频的约瑟夫森行波参量放大器[A. B. Zorin，Phys. Rev. Applied 6，034006，2016]。该放大器由一个微波传输线形成的非滞后单结SQUID的串行阵列。这些SQUID是磁通偏置的方式，跨约瑟夫森结的相位降等于90度，并且SQUID回路中的持续电流等于约瑟夫森临界电流值。这种一维超材料具有最大的二次非线性和零三次（克尔）非线性。这种性质允许相位匹配和指数功率增益的传播微波发生在一个很宽的频率范围。我们报告了在T = 4.2 K的温度下对Nb三层样品进行的原理验证实验，这表明我们的实用宽带约瑟夫森参量放大器的概念是有效的，并且非常有希望实现量子限制操作。
2017-05-08 cond-mat.supr-con quant-ph
Tuning of Strong Nonlinearity in rf SQUID Meta-Atoms
利用互调测量方法研究了自谐振射频超导量子干涉仪（rf-SQUID）亚原子的强非线性特性。先前在零直流磁通量的工作表明，当频率扫过谐振时，IM响应的急剧开始。还观察到较高频率的第二次发作，在IM响应中产生显著的间隙。通过将这些测量扩展到非零直流通量，揭示了新的动态，包括：上述间隙的直流通量可调性，以及rf-SQUID的几何共振附近的增强IM响应。实验观察到的这些功能的理解和理论分析，通过一个稳态的分析模型的组合，和一个完整的数值处理的rf SQUID动态。后者，此外，预测存在的混沌在狭窄的参数制度。了解rf-SQUID超材料中的互调对于产生微波信号的低噪声放大和可调谐滤波器是重要的。
2022-01-07 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con nlin.CD
Two SQUID amplifiers intended to alleviate the summing node inductance problem in multiplexed arrays of Transition Edge Sensors
由电流求和配置中的超导过渡边缘传感器构造的频域复用检测器阵列遭受求和节点的有限阻抗，该有限阻抗理想地应该为零。我们建议两个电路，以减轻影响。第一个电路使用电容谐振Transformer来增加TES信号的电压并减小TES信号的电流，以克服互连的寄生电感。在SQUID芯片上，发生向相反方向的阻抗变换。第二电路实现了具有比简单的T形接头更好的分支到分支隔离的功率组合器。两个SQUID设备已被设计和制造的电路的原理证明演示。
2018-10-22 astro-ph.IM cond-mat.supr-con physics.ins-det
A multi-stable switchable metamaterial
超材料研究领域围绕着创造人工介质的想法，这种介质以一种天然材料所不知道的方式与光相互作用。这通常是通过创建电子或等离子体结构的亚波长晶格（所谓的元原子）来实现的，它决定了光和超材料之间的相互作用。这些定制介质的最终目标之一是能够原位控制其特性，这导致了可调谐和可切换超材料的全新分支。目前的许多实现依赖于将微机电致动器或半导体元件引入其元原子结构中。在这里，我们表明，超导量子干涉器件（SQUID）可以用作快速，本质上可切换的亚原子。我们发现，它们的内在非线性导致同时稳定的动态状态，其中每一个都与微波域中的磁化率的不同值和符号相关联。此外，我们证明，它是可能的，通过施加纳秒长脉冲，除了微波探测信号之间切换这些状态。除了潜在的应用，例如，全光超材料开关，这些结果表明，多稳定性，这是一个共同的特点，在许多非线性系统，可以用来创建新类型的元原子。
2013-12-10 cond-mat.mes-hall cond-mat.supr-con physics.optics
HTS YBCO Resonator Configuration with Coplanar Optimized Flux Concentrator Strongly Coupled to rf SQUID
我们开发了一种新型的磁耦合模块，形成了一个单层超导磁通集中器，这是集成了一个共面谐振器强耦合到高温超导rf-SQUID。三种类型的谐振器，包括一个长的带状线谐振器之间的输入回路和拾取回路的磁通集中器，一个互补的开口环谐振器（CSRR），也是一个螺旋形状的输入回路内进行了探讨。使用有限元法（FEM）模拟的谐振品质因数，以及耦合到SQUID的不同模式的这三种类型的谐振器进行评估。测试了将电子系统耦合到谐振器的几种读出方法，包括电感（线圈）和电容（传输线）耦合，并报告了每个谐振器的最佳读出。在评估的谐振器类型中，具有最佳设计的螺旋形谐振器显示出最高的品质因数（5900）以及在836 MHz的谐振频率下与SQUID的最强耦合（-0.5 dB），使用200 nm厚的超导YBCO在1 mm厚的晶体LaAlO 3衬底上制造。该模块的通量集中器通过其线宽的变化以及其输入回路半径的变化来优化，以获得最大的通量转换效率。
2017-09-25 cond-mat.supr-con physics.app-ph physics.ins-det
Two-photon coupling via Josephson element I: Breaking the symmetry with magnetic fields
本文提出基于对称SQUID的耦合元件实现可开关的双光子相互作用，推导了谐振器与射频SQUID的哈密顿量，并表明磁场可打破约瑟夫森对称性，使双光子耦合强度达到18 MHz，超过单光子电容耦合。
2025-07-19 cond-mat.supr-con quant-ph
Detector of microwave photon pairs based on a Josephson photomultiplier
本文扩展 JPM 单光子探测器，利用谐振器二聚体与非对称 dc SQUID 构造非微扰双光子耦合，提出可切换的微波双光子阈值探测器，50 ns 内探测保真度超过 99%。
2025-04-22 cond-mat.supr-con quant-ph
Josephson junction ratchet: effects of finite capacitances
本文研究了非对称SQUID中的输运，该SQUID由三个电容并联的约瑟夫森结组成，其中两个串联在一个臂上，另一个串联在另一个臂上，外加磁通量，系统同时受到时间周期和恒定电流的作用。我们制定的确定性，以及，SQUID的随机动力学的Stewart-McCumber模型的条款，并推导出一个方程的相位差在一个手臂，其中有效的周期电位是棘轮型，即其反射对称性被打破。在这样做时，我们扩展和推广Zapata等人的早期研究。77，2292（1996）]，并在宽参数范围内分析定向输运：覆盖过阻尼到中等阻尼范围，直到其完全欠阻尼范围。因此，我们检测到有趣的功能的负（差分）电导，重复的电压反转，噪声引起的电压反转和热噪声引起的棘轮电流。我们确定了一组参数的棘轮效应是最明显的，并显示如何可以通过定制的外部磁通量控制的方向的运输。
2014-08-20 cond-mat.stat-mech cond-mat.supr-con
