载有超电流的单层与多层薄膜超导体的非线性性质
超导电性
2026-04-15 v2
摘要
超导薄膜是多种量子传感器和量子计算设备运行的核心：动力学电感探测器（KIDs）、行波参量放大器（TWPAs）、量子比特以及基于自旋的量子存储单元。在所有情况下，由超电流引起的非线性都是行为的关键方面，要么因为它是设备运行的核心（TWPA），要么因为它导致非理想的二阶效应（KID）。在此我们基于广义Usadel方程提出一种对载有超电流的超导薄膜的分析。我们的分析框架适用于均匀和多层薄膜，并可用于计算在超电流存在下的态密度、超导转变温度、超导临界电流、复电导率、复表面阻抗、传输线传播常数以及非线性动力学电感。我们的分析给出了给定材料组合与几何下动力学电感非线性（I*）的尺度，对从材料、几何和尺寸方面优化探测器和放大器设计十分重要。为考察我们的分析在宽范围超电流下的有效性，我们测量了超导薄膜转变温度随直流超电流的变化。这些测量在实验相关的电流值范围内与我们的理论预测吻合良好。
引用
@article{arxiv.1907.08071,
title = {Nonlinear Properties of Supercurrent-Carrying Single and Multi-Layer Thin-Film Superconductors},
author = {Songyuan Zhao and Stafford Withington and David J. Goldie and Chris N. Thomas},
journal= {arXiv preprint arXiv:1907.08071},
year = {2026}
}