We have measured the absorption of terahertz radiation in a BCS superconductor over a broad range of frequencies from 200 GHz to 1.1 THz, using a broadband antenna-lens system and a tantalum microwave resonator. From low frequencies, the response of the resonator rises rapidly to a maximum at the gap edge of the superconductor. From there on, the response drops to half the maximum response at twice the pair-breaking energy. At higher frequencies, the response rises again due to trapping of pair-breaking phonons in the superconductor. In practice, this is a measurement of the frequency dependence of the quasiparticle creation efficiency due to pair-breaking in a superconductor. The efficiency, calculated from the different non-equilibrium quasiparticle distribution functions at each frequency, is in agreement with the measurements.
References
1.
P. K.
Day
, H. G.
LeDuc
, B. A.
Mazin
, A.
Vayonakis
, and J.
Zmuidzinas
, Nature
425
, 817
(2003
).2.
A.
Peacock
, P.
Verhoeve
, N.
Rando
, A.
van Dordrecht
, B. G.
Taylor
, C.
Erd
, M. A. C.
Perryman
, R.
Venn
, J.
Howlett
, D. J.
Goldie
, J.
Lumley
, and M.
Wallis
, Nature
381
, 135
(1996
).3.
P. M.
Echternach
, K. J.
Stone
, C. M.
Bradford
, P. K.
Day
, D. W.
Wilson
, K. G.
Megerian
, N.
Llombart
, and J.
Bueno
, Appl. Phys. Lett.
103
, 053510
(2013
).4.
A.
Rothwarf
and B. N.
Taylor
, Phys. Rev. Lett.
19
, 27
(1967
).5.
B. I.
Ivlev
, S. G.
Lisitsyn
, and G. M.
Eliashberg
, J. Low Temp. Phys.
10
, 449
(1973
).6.
J.-J.
Chang
and D.
Scalapino
, J. Low Temp. Phys.
31
, 1
(1978
).7.
T.
Guruswamy
, D. J.
Goldie
, and S.
Withington
, Supercond. Sci. Technol.
27
, 055012
(2014
).8.
D. C.
Mattis
and J.
Bardeen
, Phys. Rev.
111
, 412
(1958
).9.
J.
Zmuidzinas
, Annu. Rev. Condens. Matter Phys.
3
, 169
(2012
).10.
S. J. C.
Yates
, J. J. A.
Baselmans
, A.
Endo
, R. M. J.
Janssen
, L.
Ferrari
, P.
Diener
, and A. M.
Baryshev
, Appl. Phys. Lett.
99
, 073505
(2011
).11.
R. M. J.
Janssen
, J. J. A.
Baselmans
, A.
Endo
, L.
Ferrari
, S. J. C.
Yates
, A. M.
Baryshev
, and T. M.
Klapwijk
, Appl. Phys. Lett.
103
, 203503
(2013
).12.
R. M. J.
Janssen
, J. J. A.
Baselmans
, A.
Endo
, L.
Ferrari
, S. J. C.
Yates
, A. M.
Baryshev
, and T. M.
Klapwijk
, Proc. SPIE
9153
, 91530
T (2014
).13.
P. J.
de Visser
, J. J. A.
Baselmans
, J.
Bueno
, N.
Llombart
, and T. M.
Klapwijk
, Nat. Commun.
5
, 3130
(2014
).14.
P. D.
Mauskopf
, S.
Doyle
, P.
Barry
, S.
Rowe
, A.
Bidead
, P. A. R.
Ade
, C.
Tucker
, E.
Castillo
, A.
Monfardini
, J.
Goupy
, and M.
Calvo
, J. Low Temp. Phys.
176
, 545
(2014
).15.
J.
Hubmayr
, J.
Beall
, D.
Becker
, H.-M.
Cho
, M.
Devlin
, B.
Dober
, C.
Groppi
, G. C.
Hilton
, K. D.
Irwin
, D.
Li
, P.
Mauskopf
, D. P.
Pappas
, J.
Van Lanen
, M. R.
Vissers
, Y.
Wang
, L. F.
Wei
, and J.
Gao
, Appl. Phys. Lett.
106
, 073505
(2015
).16.
P. J.
de Visser
, D. J.
Goldie
, P.
Diener
, S.
Withington
, J. J. A.
Baselmans
, and T. M.
Klapwijk
, Phys. Rev. Lett.
112
, 047004
(2014
).17.
R. M. J.
Janssen
, A.
Endo
, P. J.
de Visser
, T. M.
Klapwijk
, and J. J. A.
Baselmans
, Appl. Phys. Lett.
105
, 193504
(2014
).18.
P. J.
de Visser
, J. J. A.
Baselmans
, P.
Diener
, S. J. C.
Yates
, A.
Endo
, and T. M.
Klapwijk
, Phys. Rev. Lett.
106
, 167004
(2011
).19.
M.
Kurakado
, Nucl. Instrum. Methods
196
, 275
(1982
).20.
A. G.
Kozorezov
, A. F.
Volkov
, J. K.
Wigmore
, A.
Peacock
, A.
Poelaert
, and R.
den Hartog
, Phys. Rev. B
61
, 11807
(2000
).21.
F.
Jaworski
and W. H.
Parker
, Phys. Rev. B
20
, 945
(1979
).22.
A. D.
Smith
, W. J.
Skocpol
, and M.
Tinkham
, Phys. Rev. B
21
, 3879
(1980
).23.
K. E.
Kornelsen
, M.
Dressel
, J. E.
Eldridge
, M. J.
Brett
, and K. L.
Westra
, Phys. Rev. B
44
, 11882
(1991
).24.
M.
Dressel
, Adv. Condens. Matter Phys.
2013
, 104379
(2013
).25.
A.
Neto
, IEEE Trans. Antennas Propag.
58
, 2238
(2010
).26.
A.
Neto
, N.
Llombart
, J. J. A.
Baselmans
, A.
Baryshev
, and S. J. C.
Yates
, IEEE Trans. Terahertz Sci. Technol.
4
, 26
(2013
).27.
See supplementary material at http://dx.doi.org/10.1063/1.4923097 for the setup corrections applied to the raw FTS response and simulations of the absorbed power in the CPW and the antenna efficiency.
28.
R. E.
Glover
and M.
Tinkham
, Phys. Rev.
108
, 243
(1957
).29.
C. L.
Holloway
and E. F.
Kuester
, IEEE Trans. Microwave Theory Tech.
43
, 2695
(1995
).30.
P.
de Visser
, “Quasiparticle dynamics in aluminium superconducting microwave resonators
,” Ph.D. dissertation (Delft University of Technology
, 2014
).31.
G. M.
Eliashberg
, JETP Lett.
11
, 114
(1970
), available at http://www.jetpletters.ac.ru/ps/1716/article_26086.shtml.32.
D. J.
Goldie
and S.
Withington
, Supercond. Sci. Technol.
26
, 015004
(2013
).33.
S. B.
Kaplan
, C. C.
Chi
, D. N.
Langenberg
, J.
Chang
, S.
Jafarey
, and D. J.
Scalapino
, Phys. Rev. B
14
, 4854
(1976
).34.
S. B.
Kaplan
, J. Low Temp. Phys.
37
, 343
(1979
).35.
J.
Gao
, J.
Zmuidzinas
, A.
Vayonakis
, P.
Day
, B.
Mazin
, and H.
Leduc
, J. Low Temp. Phys.
151
, 557
(2008
).36.
G.
Catelani
, L. I.
Glazman
, and K. E.
Nagaev
, Phys. Rev. B
82
, 134502
(2010
).37.
S.
Friedrich
, K.
Segall
, M. C.
Gaidis
, C. M.
Wilson
, D. E.
Prober
, A. E.
Szymkowiak
, and S. H.
Moseley
, Appl. Phys. Lett.
71
, 3901
(1997
).38.
T.
Nussbaumer
, P.
Lerch
, E.
Kirk
, A.
Zehnder
, R.
Füchslin
, P. F.
Meier
, and H. R.
Ott
, Phys. Rev. B
61
, 9719
(2000
).39.
M.
Frankel
, S.
Gupta
, J.
Valdmanis
, and G.
Mourou
, IEEE Trans. Microwave Theory Tech.
39
, 910
(1991
).40.
R.
Barends
, S.
van Vliet
, J. J. A.
Baselmans
, S. J. C.
Yates
, J. R.
Gao
, and T. M.
Klapwijk
, Phys. Rev. B
79
, 020509(R)
(2009
).41.
T.
Guruswamy
, D. J.
Goldie
, and S.
Withington
, Supercond. Sci. Technol.
28
, 054002
(2015
).© 2015 AIP Publishing LLC.
2015
AIP Publishing LLC
You do not currently have access to this content.
