毫米波与太赫兹超导矩形波导中的功率衰减:线性响应、TLS损耗及希格斯模式非线性

超导波导是毫米波至太赫兹波段在低温条件下实现超低损耗传输的理想平台,在天文仪器和新兴量子技术领域具有应用潜力。该研究团队基于微观超导理论建立了一个评估框架,用于计算100GHz-THz频段超导矩形波导的功率流衰减常数α,该框架适用于从脏极限(ℓ≪ξ₀)到清洁极限(ℓ≫ξ₀)任意电子平均自由程ℓ的情况。同时基于标准双能级系统(TLS)模型,推导出原生氧化薄层中TLS诱导衰减α_TLS的解析表达式。通过该框架,研究人员对WR15至WR1标准波导尺寸的代表性材料进行了α数值评估。在高频区域(f≳0.5Δ/h),低衰减特性更倾向于清洁状态(ℓ≳ξ₀),表明高纯度材料可在其能隙频率以下实现极低衰减。针对TLS贡献,采用典型铌氧化物参数时发现,在足够低温区(T/T_c≲0.1)当准粒子耗散被指数抑制时,α_TLS会显现影响。最后,基于非平衡超导的Keldysh-Usadel框架,该工作采用最新发展的非线性响应理论将讨论延伸至强激发状态,揭示非线性耗散通过耗散电导率的克尔型非线性,在f≃Δ/h附近产生希格斯模衰减峰。这一峰值提供了迄今被忽视的希格斯模鲜明特征。

作者所在地: VIP可见
作者单位: VIP可见
页数/图表: 登录可见
提交arXiv: 2026-02-19 01:49

量科快讯