We report on the design, fabrication, and characterization of superconducting coplanar waveguide resonators with nanoscopic constrictions. By reducing the size of the center line down to 50 nm, the radio frequency currents are concentrated and the magnetic field in its vicinity is increased. The device characteristics are only slightly modified by the constrictions, with changes in resonance frequency lower than 1% and internal quality factors of the same order of magnitude as the original ones. These devices could enable the achievement of higher couplings to small magnetic samples or even to single molecular spins and have applications in circuit quantum electrodynamics, quantum computing, and electron paramagnetic resonance.
References
1.
H.
Mabuchi
and A. C.
Doherty
, Science
298
, 1372
(2002
).2.
R. J.
Schoelkopf
and S. M.
Girvin
, Nature
451
, 664
(2008
).3.
A.
Blais
, R.-S.
Huang
, A.
Wallraff
, S.
Girvin
, and R.
Schoelkopf
, Phys. Rev. A
69
, 062320
(2004
).4.
L.
Frunzio
, A.
Wallraff
, D.
Schuster
, J.
Majer
, and R.
Schoelkopf
, IEEE Trans. Appl. Supercond.
15
, 860
(2005
).5.
M.
Göppl
, A.
Fragner
, M.
Baur
, R.
Bianchetti
, S.
Filipp
, J. M.
Fink
, P. J.
Leek
, G.
Puebla
, L.
Steffen
, and A.
Wallraff
, J. Appl. Phys.
104
, 113904
(2008
).6.
A.
Wallraff
, D. I.
Schuster
, A.
Blais
, L.
Frunzio
, R.-S.
Huang
, J.
Majer
, S.
Kumar
, S. M.
Girvin
, and R. J.
Schoelkopf
, Nature
431
, 162
(2004
).7.
J.
Majer
, J. M.
Chow
, J. M.
Gambetta
, J.
Koch
, B. R.
Johnson
, J. A.
Schreier
, L.
Frunzio
, D. I.
Schuster
, A. A.
Houck
, A.
Wallraff
et al., Nature
449
, 443
(2007
).8.
A.
Abdumalikov
, O.
Astafiev
, Y.
Nakamura
, Y.
Pashkin
, and J.
Tsai
, Phys. Rev. B
78
, 180502
(2008
).9.
L.
Dicarlo
, M. D.
Reed
, L.
Sun
, B. R.
Johnson
, J. M.
Chow
, J. M.
Gambetta
, L.
Frunzio
, S. M.
Girvin
, M. H.
Devoret
, and R. J.
Schoelkopf
, Nature
467
, 574
(2010
).10.
T.
Niemczyk
, F.
Deppe
, H.
Huebl
, E. P.
Menzel
, F.
Hocke
, M. J.
Schwarz
, J. J.
García-Ripoll
, D.
Zueco
, T.
Hummer
, E.
Solano
et al., Nat. Phys.
6
, 772
(2010
).11.
K. D.
Petersson
, L. W.
McFaul
, M. D.
Schroer
, M.
Jung
, J. M.
Taylor
, A. A.
Houck
, and J. R.
Petta
, Nature
490
, 380
(2012
).12.
D. I.
Schuster
, A. P.
Sears
, E.
Ginossar
, L.
DiCarlo
, L.
Frunzio
, J. J. L.
Morton
, H.
Wu
, G. A. D.
Briggs
, B. B.
Buckley
, D. D.
Awschalom
, and R. J.
Schoelkopf
, Phys. Rev. Lett.
105
, 140501
(2010
).13.
Y.
Kubo
, F. R.
Ong
, P.
Bertet
, D.
Vion
, V.
Jacques
, D.
Zheng
, A.
Dréau
, J.-F.
Roch
, A.
Auffeves
, F.
Jelezko
et al., Phys. Rev. Lett.
105
, 140502
(2010
).14.
I.
Chiorescu
, N.
Groll
, S.
Bertaina
, T.
Mori
, and S.
Miyashita
, Phys. Rev. B
82
, 024413
(2010
).15.
R.
Amsüss
, C.
Koller
, T.
Nöbauer
, S.
Putz
, S.
Rotter
, K.
Sandner
, S.
Schneider
, M.
Schramböck
, G.
Steinhauser
, H.
Ritsch
et al., Phys. Rev. Lett.
107
, 060502
(2011
).16.
F.
Troiani
, A.
Ghirri
, M.
Affronte
, S.
Carretta
, P.
Santini
, G.
Amoretti
, S.
Piligkos
, G.
Timco
, and R.
Winpenny
, Phys. Rev. Lett.
94
, 207208
(2005
).17.
C. J.
Wedge
, G. A.
Timco
, E. T.
Spielberg
, R. E.
George
, F.
Tuna
, S.
Rigby
, E. J. L.
McInnes
, R. E. P.
Winpenny
, S. J.
Blundell
, and A.
Ardavan
, Phys. Rev. Lett.
108
, 107204
(2012
).18.
M. J.
Martínez-Pérez
, S.
Cardona-Serra
, C.
Schlegel
, F.
Moro
, P. J.
Alonso
, H.
Prima-García
, J. M.
Clemente-Juan
, M.
Evangelisti
, A.
Gaita-Ariño
, J.
Sesé
et al., Phys. Rev. Lett.
108
, 247213
(2012
).19.
F.
Luis
, A.
Repollés
, M. J.
Martínez-Pérez
, D.
Aguilà
, O.
Roubeau
, D.
Zueco
, P. J.
Alonso
, M.
Evangelisti
, A.
Camón
, J.
Sesé
et al., Phys. Rev. Lett.
107
, 117203
(2011
).20.
M.
Jenkins
, T.
Hümmer
, M. J.
Martínez-Pérez
, J.
García-Ripoll
, D.
Zueco
, and F.
Luis
, New J. Phys.
15
, 095007
(2013
).21.
G.
Tosi
, F. A.
Mohiyaddin
, H.
Huebl
, and A.
Morello
, AIP Adv.
4
, 087122
(2014
).22.
L.
Hao
, D. C.
Cox
, and J. C.
Gallop
, Supercond. Sci. Technol.
22
, 064011
(2009
).23.
C.
Castán-Guerrero
, J.
Herrero-Albillos
, J.
Bartolomé
, F.
Bartolomé
, L. A.
Rodríguez
, C.
Magén
, F.
Kronast
, P.
Gawronski
, O.
Chubykalo-Fesenko
, K. J.
Merazzo
et al., Phys. Rev. B
89
, 144405
(2014
).24.
See supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.4899141 for details on the loaded Q-factor, a simple model to estimate the dependence of the resonant frequency on the constriction properties, and the power dependence of a 50 nm resonator.
25.
R.
Huebener
, R.
Kampwirth
, R.
Martin
, T.
Barbee
, and R.
Zubeck
, IEEE Trans. Magn.
11
, 344
(1975
).26.
R.
Yongsunthon
, J.
McCoy
, and E. D.
Williams
, J. Vac. Sci. Technol., A
19
, 1763
(2001
).© 2014 AIP Publishing LLC.
2014
AIP Publishing LLC
You do not currently have access to this content.
