超导Josephson隧道结性能和超导量子比特电路的设计方案

超导Josephson隧道结是实现超导量子比特的基本元件。利用悬空掩膜和电子束斜蒸发相结合的工艺方法制备Al/Al2O3/Al超导Josephson隧道结,并且系统研究了底电极、上电极薄膜的厚度及氧化参数等工艺条件与隧道结超导电流密度Jc和面积归一化电阻Rc的关系。设计测量了三种方案的超导量子比特电路,通过对参数和结构的优化测出了较理想的量子比特(qubit)信号。     

Superconducting membrane mechanical oscillator based on vacuum-gap capacitor

Using the diluted S1813 UV photoresist as a sacrificial layer, we successfully fabricate a superconducting suspended parallel-plate capacitor, in which the top layer of aluminum film acts as a membrane mechanical resonator. Together with a superconducting octagonal spiral inductor, this parallel-plate capacitor constitutes a superconducting microwave resonator. At m K temperature, the transmission characteristic and spectrum of the microwave resonator are measured.Sideband frequencies caused by the vibration of the membrane mechanical resonator are clearly demonstrated. By downconverting with a mixer, the dependence of fundamental frequency and its harmonics on the input microwave power are clearly demonstrated, which is consistent with the numerical simulation.     

磁通量子比特qubit信号强度随势垒偏置电压的变化

在20mK极低温下,测量了超导磁通量子比特的环流方向,并测到量子比特(qubit)信号.通过改变磁通量子比特的势垒高度,得到qubit信号强度随势垒高度的变化的实验数据并建立理论模型解释了实验现象.     

超导纳米线单光子探测器

利用磁控溅射、电子束光刻和反应离子刻蚀等微加工技术,开展了超导纳米线单光子探测器(SNSPD)的研究.通过对SNSPD的设计和制备工艺参数的优化,成功制备出了高质量的SNSPD.单光子检测实验表明,制备的SNSPD对660 nm波长的光信号,系统检测效率可达30%,对1550 nm波长光信号,最大系统检测效率为4.2%.在平均暗计数小于10 c/s的情况下,系统检测效率大于20%(660 nm)和3%(1550 nm). 关键词： 单光子 氮化铌 纳米线 探测器     

Matching effect in superconducting NbN thin film with a square lattice of holes

A square hole array is fabricated over a micro-bridge of NbN thin film by electron beam lithography and reactive ion milling. Magneto-resistance is measured across the micro-bridge filled with a hole array near the superconducting transition temperature. It is found that magneto-resistance minima occur when the number of vortices is an integer multiple or a fractional multiple of the number of holes. The temperature and the current dependences of the matching effect are studied.     

利用电子束蒸发制备铝隧道结工艺研究

采用电子束蒸发的方法在Si片上制备超导铝(Al)薄膜。利用X射线衍射和直流四电极电阻法分别测试了厚度从100埃到5000埃的Al薄膜物向组成,超导转变温度(Tc)和临界电流密度(Jc)。当Al薄膜厚度大于500埃时,超导转变温度Tc=1.2K。电子束蒸发制备的Al薄膜性能良好,具有较高的结晶质量,为制备Al超导隧道结奠定了良好基础。对小面积的Al超导隧道结工艺进行了研究,该超导隧道结两层的超导体材料为Al薄膜,中间势垒层材料为Al2O3。其中Al薄膜利用电子束蒸发制备,势垒层通过直接氧化Al薄膜表面实现,该工艺和采用直接蒸发氧化物薄膜工艺相比不仅简单而且能有效防止势垒层不连续造成的弱连接。     

基于悬空电容的机械振子的制备和表征

微机械振子在信息处理的研究领域有着重要的应用,我们采用超导材料铝制备了悬空电容,该悬空电容的上极板构成了微机械振子.悬空电容和螺旋电感一起构成LC振荡电路.微波通过平面波导传输线耦合进来,在LC电路中形成电磁振荡,同时,激励出薄膜机械振子的机械振动.本文详细介绍了采用稀释的光刻胶作牺牲层来制备悬空结构的方法,并通过测试,研究了悬空电容中的薄膜振动特性,为今后机械振子与微波场、光场甚至量子比特的相互耦合等研究工作提供了重要参考.     

亚波长孔阵列的太赫兹波异常透射研究

利用太赫兹时域光谱（THz-TDS）系统，在5—300 K温区下测量了在厚度约200 nm的金属Nb薄膜刻蚀的亚波长圆孔阵列的异常THz波透射情况.实验结果表明，在03—2 THz波段，具有亚波长孔阵结构的金属Nb薄膜的异常透射现象波谱的峰位置与CST（computer simulation technology）软件仿真模拟的结果一致，峰值随温度降低有逐渐增强的趋势. 关键词： 亚波长孔阵列 THz时域光谱技术 异常透射     

采用单极子微带天线耦合的SIS结混频器变频效率的研究

本文描述了一种单极子微带天线耦合的SIS结混频器。给出了确定单极子天线参数的实验方法,据此设计的混频器,在4.2K上用校正的单色信号源测得了其单边带变频效率为0.62。     

高速、低噪声超导HEB太赫兹检测系统

本文介绍了一款高速、低噪声超导热电子测辐射热计(hot electron bolometer,HEB)的太赫兹检测系统,实验结果显示其有效提高了中频带宽(7.4GHz),减小了噪声温度(@0.65THz,系统在最佳偏置点的双边带(DSB)噪声温度为1185K).同时,用此款超导HEB太赫兹检测系统验证了改进后的傅里叶变换光谱仪(FTS)系统的稳定性及可靠性.