We present a method to measure the absolute surface resistance of conductive samples at a set of GHz frequencies with superconducting lead stripline resonators at temperatures 1–6 K. The stripline structure can easily be applied for bulk samples and allows direct calculation of the surface resistance without the requirement of additional calibration measurements or sample reference points. We further describe a correction method to reduce experimental background on high-Q resonance modes by exploiting TEM-properties of the external cabling. We then show applications of this method to the reference materials gold, tantalum, and tin, which include the anomalous skin effect and conventional superconductivity. Furthermore, we extract the complex optical conductivity for an all-lead stripline resonator to find a coherence peak and the superconducting gap of lead.
REFERENCES
1.
M.
Dressel
and G.
Grüner
, Electrodynamics of Solids
(Cambridge University Press
, Cambridge
, 2002
).2.
M.
Dressel
and M.
Scheffler
, Ann. Phys. (Leipzig)
15
, 535
(2006
).3.
D. N.
Basov
, R. D.
Averitt
, D.
van der Marel
, M.
Dressel
, and K.
Haule
, Rev. Mod. Phys.
83
, 471
(2011
).4.
M.
Scheffler
, K.
Schlegel
, C.
Clauss
, D.
Hafner
, C.
Fella
, M.
Dressel
, M.
Jourdan
, J.
Sichelschmidt
, C.
Krellner
, C.
Geibel
, and F.
Steglich
, Phys. Status Solidi B
250
, 439
(2013
).5.
D. H.
Wu
, J. C.
Booth
, and S. M.
Anlage
, Phys. Rev. Lett.
75
, 525
(1995
).6.
M.
Scheffler
, S.
Kilic
, and M.
Dressel
, Rev. Sci. Instrum.
78
, 086106
(2007
).7.
J. C.
Booth
, Dong Ho
Wu
, and S. M.
Anlage
, Rev. Sci. Instrum.
65
, 2082
(1994
).8.
M. L.
Stutzman
, M.
Lee
, and R. F.
Bradley
, Rev. Sci. Instrum.
71
, 4596
(2000
).9.
M.
Scheffler
and M.
Dressel
, Rev. Sci. Instrum.
76
, 074702
(2005
).10.
H.
Kitano
, T.
Ohashi
, and A.
Maeda
, Rev. Sci. Instrum.
79
, 074701
(2008
).11.
J. C.
Booth
, D. H.
Wu
, S. B.
Qadri
, E. F.
Skelton
, M. S.
Osofsky
, A.
Piqué
, and S. M.
Anlage
, Phys. Rev. Lett.
77
, 4438
(1996
).12.
T.
Ohashi
, H.
Kitano
, A.
Maeda
, H.
Akaike
, and A.
Fujimaki
, Phys. Rev. B
73
, 174522
(2006
).13.
K.
Steinberg
, M.
Scheffler
, and M.
Dressel
, Phys. Rev. B
77
, 214517
(2008
).14.
N.
Pompeo
, E.
Silva
, S.
Sarti
, C.
Attanasio
, and C.
Cirillo
, Physica C
470
, 901
(2010
).15.
W.
Liu
, M.
Kim
, G.
Sambandamurthy
, and N. P.
Armitage
, Phys. Rev. B
84
, 024511
(2011
).16.
M.
Scheffler
, M.
Dressel
, M.
Jourdan
, and H.
Adrian
, Nature (London)
438
, 1135
(2005
).17.
M.
Scheffler
, M.
Dressel
, M.
Jourdan
, and H.
Adrian
, Physica B
378–380
, 993
(2006
).18.
M.
Scheffler
, M.
Dressel
, and M.
Jourdan
, Eur. Phys. J. B
74
, 331
(2010
).19.
M.
Lee
and M. L.
Stutzmann
, Phys. Rev. Lett.
87
, 056402
(2001
).20.
A.
Schwartz
, M.
Scheffler
, and S. M.
Anlage
, Phys. Rev. B
61
, R870
(2000
).21.
P. J.
Turner
, R.
Harris
, S.
Kamal
, M. E.
Hayden
, D. M.
Broun
, D. C.
Morgan
, A.
Hosseini
, P.
Dosanjh
, G. K.
Mullins
, J. S.
Preston
, Ruixing
Liang
, D. A.
Bonn
, and W. N.
Hardy
, Phys. Rev. Lett.
90
, 237005
(2003
).22.
P. J.
Turner
, D. M.
Broun
, S.
Kamal
, M. E.
Hayden
, J. S.
Bobowski
, R.
Harris
, D. C.
Morgan
, J. S.
Preston
, D. A.
Bonn
, and W. N.
Hardy
, Rev. Sci. Instrum.
75
, 124
(2004
).23.
J. S.
Bobowski
, J. C.
Baglo
, J.
Day
, P.
Dosanjh
, R.
Ofer
, B. J.
Ramshaw
, R.
Liang
, D. A.
Bonn
, W. N.
Hardy
, H.
Luo
, Z.-S.
Wang
, L.
Fang
, and H.-H.
Wen
, Phys. Rev. B
82
, 094520
(2010
).24.
25.
D. A.
Bonn
, D. C.
Morgan
, and W. N.
Hardy
, Rev. Sci. Instrum.
62
, 1819
(1991
).26.
O.
Klein
, S.
Donovan
, M.
Dressel
, and G.
Grüner
, Int. J. Infrared Millimeter Waves
14
, 2423
(1993
).27.
D. H.
Wu
, J.
Mao
, S. N.
Mao
, J. L.
Peng
, X. X.
Xi
, T.
Venkatesan
, R. L.
Greene
, and S. M.
Anlage
, Phys. Rev. Lett.
70
, 85
(1993
).28.
T.
Shibauchi
, H.
Kitano
, K.
Uchinokura
, A.
Maeda
, T.
Kimura
, and K.
Kishio
, Phys. Rev. Lett.
72
, 2263
(1994
).29.
M.
Dressel
, O.
Klein
, G.
Grüner
, K. D.
Carlson
, H. H.
Wang
, and J. M.
Williams
, Phys. Rev. B
50
, 13603
(1994
).30.
D.-N.
Peligrad
, B.
Nebendahl
, C.
Kessler
, M.
Mehring
, A.
Dulčić
, M.
Požek
, and D.
Paar
, Phys. Rev. B
58
, 11652
(1998
).31.
A.
Hosseini
, R.
Harris
, Saeid
Kamal
, P.
Dosanjh
, J.
Preston
, Ruixing
Liang
, W. N.
Hardy
, and D. A.
Bonn
, Phys. Rev. B
60
, 1349
(1999
).32.
K.
Hashimoto
, T.
Shibauchi
, T.
Kato
, K.
Ikada
, R.
Okazaki
, H.
Shishido
, M.
Ishikado
, H.
Kito
, A.
Iyo
, H.
Eisaki
, S.
Shamoto
, and Y.
Matsuda
, Phys. Rev. Lett.
102
, 017002
(2009
).33.
W. A.
Huttema
, B.
Morgan
, P. J.
Turner
, W. N.
Hardy
, X.
Zhou
, D. A.
Bonn
, R.
Liang
, and D. M.
Broun
, Rev. Sci. Instrum.
77
, 023901
(2006
).34.
C. J. S.
Truncik
, W. A.
Huttema
, P. J.
Turner
, S.
Özcan
, N. C.
Murphy
, P. R.
Carrire
, E.
Thewalt
, K. J.
Morse
, A. J.
Koenig
, J. L.
Sarrao
, and D. M.
Broun
, Nature Commun.
4
, 2477
(2013
).35.
M. S.
DiIorio
, Alfredo C.
Anderson
, and B.-Y.
Tsaur
, Phys. Rev. B.
38
, 7019
(1988
).36.
D. E.
Oates
, A. C.
Anderson
, and P. M.
Mankiewich
, J. Supercond.
3
, 251
(1990
).37.
P. P.
Nguyen
, D. E.
Oates
, G.
Dresselhaus
, and M. S.
Dresselhaus
, Phys. Rev. B
48
, 6400
(1993
).38.
S.
Revenaz
, D. E.
Oates
, D.
Labbé-Lavigne
, G.
Dresselhaus
, and M. S.
Dresselhaus
, Phys. Rev. B
50
, 1178
(1994
).39.
N.
Belk
, D. E.
Oates
, D. A.
Feld
, G.
Dresselhaus
, and M. S.
Dresselhaus
, Phys. Rev. B
53
, 3459
(1996
).40.
S. M.
Anlage
, H.
Sze
, H. J.
Snortland
, S.
Tahara
, B.
Langley
, C.-B.
Eom
, M. R.
Beasley
, and R.
Taber
, Appl. Phys. Lett.
54
, 2710
(1989
).41.
S. M.
Anlage
, B. W.
Langley
, G.
Deutscher
, J.
Halbritter
, and M. R.
Beasley
, Phys. Rev. B
44
, 9764
(1991
).42.
A.
Andreone
, A.
Di Chiara
, G.
Peluso
, M.
Santoro
, C.
Attanasio
, L.
Maritato
, and R.
Vaglio
, J. Appl. Phys.
73
, 4500
(1993
).43.
A.
Andreone
, A.
Cassinese
, A.
Di Chiara
, R.
Vaglio
, A.
Gupta
, and E.
Sarnelli
, Phys. Rev. B
49
, 6392
(1994
).44.
W.
Rauch
, E.
Gornik
, G.
Sölkner
, A. A.
Valenzuela
, F.
Fox
, and H.
Behner
, J. Appl. Phys.
73
, 1866
(1993
).45.
C.
Song
, T. W.
Heitmann
, M. P.
DeFeo
, K.
Yu
, R.
McDermott
, M.
Neeley
, J. M.
Martinis
, and B. L. T.
Plourde
, Phys. Rev. B
79
, 174512
(2009
).46.
P. K.
Day
, H. G.
LeDuc
, B. A.
Mazin
, A.
Vayonakis
, and J.
Zmuidzinas
, Nature (London)
425
, 817
(2003
).47.
J.
Zmuidzinas
, Annu. Rev. Condens. Matter Phys.
3
, 169
(2012
).48.
A.
Wallraff
, D. I.
Schuster
, A.
Blais
, L.
Frunzio
, R.-S.
Huang
, J.
Majer
, S.
Kumar
, S. M.
Girvin
, and R. J.
Schoelkopf
, Nature (London)
431
, 162
(2004
).49.
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
).50.
M.
Scheffler
, C.
Fella
, and M.
Dressel
, J. Phys.: Conf. Ser.
400
, 052031
(2012
).51.
K.
Steinberg
, M.
Scheffler
, and M.
Dressel
, Rev. Sci. Instrum.
83
, 024704
(2012
).52.
53.
H. A.
Wheeler
, Proc. IRE
30
, 412
–424
(1942
).54.
J.
Krupka
, K.
Derzakowski
, M.
Tobar
, J.
Hartnett
, and R. G.
Geyer
, Meas. Sci. Technol.
10
, 387
(1999
).55.
56.
J. P.
Judish
, C. M.
Jones
, F. K.
McGowan
, W. T.
Milner
, and P. Z.
Peebles
, Phys. Rev. B
15
, 4412
(1977
).57.
D. M.
Sheen
, S. M.
Ali
, D. E.
Oates
, R. S.
Withers
, and J. A.
Kong
, in IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest
(IEEE
, 1991
), Vol. 1
, p. 161
.58.
H. A.
Wheeler
, IEEE Trans. Microwave Theory Tech.
26
, 866
(1978
).59.
B.
Wadell
, Transmission Line Design Handbook
, Artech House Antenna and Propagation Library
(Artech House
, 1991
).60.
S.
Cohn
, IRE Trans. Microwave Theory Tech.
3
, 29
(1955
).61.
Rosenberger 32K724-600S5.
62.
Anritsu V-Connector® sparkplug V102F and glass bead V100.
63.
MITEQ AFS8-0050180040-20P-8.
64.
M.
Mola
, S.
Hill
, P.
Goy
, and M.
Gross
, Rev. Sci. Instrum.
71
, 186
(2000
).65.
L.
Ranzani
, L.
Spietz
, Z.
Popovic
, and J.
Aumentado
, Rev. Sci. Instrum.
84
, 034704
(2013
).66.
J.-H.
Yeh
and S. M.
Anlage
, Rev. Sci. Instrum.
84
, 034706
(2013
).67.
S.
Ramo
and J.
Whinnery
, Fields and Waves in Modern Radio
, General Electric Series
(John Wiley and Sons Inc.
, 1944
).68.
69.
M.
Tinkham
, Introduction to Superconductivity
, 2nd ed., International Series in Pure and Applied Physics
Vol. 2
(McGraw-Hill
, 1996
).70.
K.
Holczer
, O.
Klein
, and G.
Grüner
, Solid State Commun.
78
, 875
(1991
).71.
72.
73.
D.
Bothner
, C.
Clauss
, E.
Koroknay
, M.
Kemmler
, T.
Gaber
, M.
Jetter
, M.
Scheffler
, P.
Michler
, M.
Dressel
, D.
Koelle
, and R.
Kleiner
, Appl. Phys. Lett.
100
, 012601
(2012
).74.
N. W.
Ashcroft
and N. D.
Mermin
, Solid State Physics
, Science: Physics Series
(Saunders College
, 1976
).75.
H.
Padamsee
, J.
Knobloch
, and T.
Hays
, RF Superconductivity for Accelerators
, Wiley Series in Beam Physics and Accelerator Technology
(Wiley-VCH
, 2008
).76.
D. E.
Oates
, A. C.
Anderson
, C. C.
Chin
, J. S.
Derov
, G.
Dresselhaus
, and M. S.
Dresselhaus
, Phys. Rev. B
43
, 7655
(1991
).77.
V.
Ranjan
, G.
de Lange
, R.
Schutjens
, T.
Debelhoir
, J. P.
Groen
, D.
Szombati
, D. J.
Thoen
, T. M.
Klapwijk
, R.
Hanson
, and L.
DiCarlo
, Phys. Rev. Lett.
110
, 067004
(2013
).© 2014 AIP Publishing LLC.
2014
AIP Publishing LLC
You do not currently have access to this content.