里德·贝弗斯托克论文答辩
摘要
地点：ISC 3室0280
时间：2024年12月6日上午10:30
题目：用于加速器的超导氮化铌钛薄膜和结构
本文介绍了高质量反应直流磁控溅射（DCMS） NbTiN薄膜的表面、材料和超导性能的表征。发展专门化薄膜是突破体铌超导射频腔局限性的一种很有前途的方法。在第一个临界场Hc1处进入表面的磁通量限制了空腔的性能。虽然许多化合物表现出比Nb更高的超导转变温度（Tc），但它们较低的Hc1限制了它们的实际应用。在块状铌上沉积多层超导体/绝缘体/超导体（SIS）结构的高Tc化合物可以延缓磁通量的穿透。较高的Tc可以降低冷却的运行费用，并且更强的Hc1允许通过SRF腔的更高加速梯度。NbTiN是一种很有前途的SIS结构候选者。这些外延单晶薄膜经反应性DCMS沉积，在MgO衬底上显示出高Tc≥16 K δ相NbTiN，厚度大于10 nm。通过≈3 nm的NbTiN双层层与≈1 nm的氮化铝（AlN）沉积来评估界面质量，重复多达32次，而粗糙度没有增加。这些堆叠层表现出超材料特性，包括epsilon-near-zero和双曲色散，Tc超过单个NbTiN层。代表性样品的表面表征包括原子力显微镜（AFM）和扫描电子显微镜（SEM）。利用电子背散射衍射、透射电子显微镜和x射线衍射技术对其微观结构进行了分析。用x射线反射率、笔尖轮廓术、椭偏术和原子力显微镜评估薄膜厚度。用直流和交流技术测试了单层和多层材料的超导性能。采用多样品开尔文法，直流测量了薄膜的剩余电阻率和Tc。交流测量使用了表面阻抗表征（SIC）系统，柏林亥姆霍兹中心的四极谐振器（QPR）以及使用新建的三次谐波磁强计进行1 kHz测量，通过测量第一通量穿透（Hfp）来评估样品对底层体的磁筛选。研究了反应性直流磁控溅射制备的高质量NbTiN薄膜的表面、材料和超导性能。在加速腔上实施薄膜结构可以减少操作和建造费用。此外，本研究涉及探测器和超材料技术的并行策略。与单层相比，多层NbTiN薄膜表现出双曲线的超材料特性，并显示出Tc的增加。带AlN中间层的厚NbTiN的SIS结构可以增加对体超导体的磁场屏蔽。
