通过隧穿谱学洞察块体铌超导射频腔的性能

本文报道了在来自铌超导射频腔的厘米级切样的大面积上进行的点接触隧穿（PCT）谱学测量。我们比较了一个高质量、常规处理（CP）且在加速场 E $>$ 20 MV/m 时出现高场 Q 下降的腔，与一个氮掺杂（N-doped）且在高达约 15 MV/m 的场下 Q 持续上升的腔。CP 腔在高射频场下显示出发生 Q 下降的热斑区域以及未受影响的区域（冷斑）。冷斑上的 PCT 数据显示出近乎理想的 BCS 态密度（DOS），其能隙参数 $\Delta$ 高达 1.62 meV，这是迄今报道的 Nb 的最高值之一。热斑区域表现出从 $\Delta \sim$ 1.0 meV 向下的宽能隙值分布，以及以相对较大的拆对速率 $\Gamma$ 为特征的 DOS 展宽，表明存在超导性显著减弱的表面区域。此外，热斑通常表现出 Kondo 隧穿峰，指示归因于缺陷氧化物的表面磁矩。N-doped 腔显示出更均匀的能隙分布，中心位于 $\Delta \sim$ 1.5 meV，且 $\Gamma/\Delta$ 值相对较小。缺乏超导性显著减弱的区域表明，N 间隙原子在阻止氢化物相及其他可能严重损害导致热斑形成的局域表面超导性的宏观缺陷形成方面发挥着重要作用。与 CP 腔相比，N-doped 腔还显示出显著改善的表面氧化物，即厚度和隧穿势垒高度均增加。这些结果有助于解释 N-doped 腔性能的提升，并深入揭示了初始 Q 随射频幅度增加而上升的起源。