基于高阻硅衬底的超导共面波导谐振腔

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近年来,作为量子计算领域的方案之一,超导量子比特由于是固态电路,以其易于扩展、制备工艺和半导体兼容等等优点得到了广泛关注。为了能够实现量子比特耦合,设计并制备具有高品质因素的超导共面波导谐振腔(SCPW谐振腔)逐渐变的重要起来。它不仅能够与超导量子比特形成强耦合组成量子计算电路,也为量子电动力学的基础研究提供了新的方案。同时,为了简化耦合的量子比特测量方法,研究可调谐的谐振腔也是非常必要的。平面传输线谐振腔多种多样,主要用于耦合、滤波。本文主要研究了半波长开路SCPW谐振腔,可以通过两个端口耦合到量子比特。本文详细的讨论了以下几个方面的研究工作:1、300nm Nb薄膜谐振腔的设计与测量根据半波长开路谐振腔的频率计算公式,计算出四种不同长度谐振腔的基频谐振频率,并利用软件进行仿真验证;搭建了测量电路,设计匹配电路板,以使信号更多的耦合到腔体上;制备了Nb薄膜样品,在液氦温度下进行测量,将测量结果与谐振频率点公式拟合,计算出等效介电常数的变化,以便以后更准确的设计频率点;由于实验所使用的矢量网络分析仪校准是在常温下进行的,为了准确的得到Q值,又设计了五种平面耦合电容(包括一种叉指电容结构)。2、分析与测量了谐振腔特性与薄膜厚度、材料以及温度的关系制备Nb和NbN两种薄膜材料的谐振腔,每种分别包含四种厚度,测量谐振频率点和Q值随材料和厚度的变化,并且应用动态电感理论分析这种变化;同样,由于动态电感是随着温度变化的,测量了300nm Nb谐振腔谐振频点随温度的变化;最后测量了Q值随温度的变化,可根据二流体模型中的正常载流子电阻率、衬底的损耗角正切与温度的关系做了简要分析。3、可调谐谐振腔的设计与测量由于直流超导量子干涉仪可等效为可调电感,我们将其制备于谐振腔中间,这样可以通过调节它的偏置磁通来调谐谐振腔。根据测量结果,分析出直流量子干涉仪在较高功率下可能已经击穿或者进入正常态,讨论了下一步研究的计划。最后制备了基于石墨烯电导率可调特性的谐振腔。
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