物理学 > 应用物理
[提交于 2025年1月18日
(此版本)
, 最新版本 2025年5月16日 (v2)
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标题: 超导微波振荡器作为电子顺磁共振光谱的探测器
标题: Superconducting microwave oscillators as detectors for ESR spectroscopy
摘要: 微波超导谐振器在量子计算和电子自旋共振(ESR)光谱学等领域得到了广泛研究。 然而,将超导谐振器与反馈机制结合以创建超低噪声振荡器的集成是一个相对未被探索的领域,此类振荡器在ESR光谱学中的应用尚未得到展示。 在本工作中,我们报告了基于超导谐振器的微波振荡器的设计、制造和应用,用于ESR光谱学。 具体而言,通过测量施加静态磁场时由ESR效应引起的振荡器频率偏移,获得ESR光谱。 这些振荡器由单个异质结双极晶体管(HBT)或高电子迁移率晶体管(HEMT)与NbTi或YBa$_2$Cu$_3$O$_7$(YBCO)超导谐振器组成。 制造的振荡器工作频率为0.6和1.7 GHz,在80 K(对于YBCO谐振器)和8 K(对于NbTi谐振器)的温度下运行。 测量到的最低频率噪声约为9 mHz/Hz$^{1/2}$,最佳自旋灵敏度约为$1\times10^{10}$自旋/Hz$^{1/2}$,最佳浓度灵敏度约为$3\times10^{18}$自旋/Hz$^{1/2}$m$^3$。 本文提出的方法应该允许比常规导体可实现的自旋和浓度灵敏度显著更好的结果,直到超导体表现出比常规导体明显更低的有效微波电阻的工作频率、磁场和温度。
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