在铌超导量子比特中建立表面氧化物的化学与结构理解
介观与纳米尺度物理
2022-07-29 v3 材料科学
量子物理
摘要
铌超导薄膜已广泛用于 transmon 量子比特架构中。尽管这些架构近年来取得了显著改进，但通过材料工程进一步提升性能将有助于大规模部署。在此，我们利用二次离子质谱与电子显微镜获取的信息，对由铌膜图案化的 transmon 测试量子比特器件在环境条件下形成的表面氧化物进行详细评估。我们观察到该氧化物呈现变化的化学计量，其中 NbO 与 NbO 更靠近铌膜，而 NbO 更靠近表面。在结构分析方面，我们发现 NbO 区域呈半结晶性质，并展现出散布于非晶基质中的、对应于单斜 N-NbO、尺寸为 1-2 nm 的随机取向晶粒。利用涨落电子显微镜，我们得以以纳米空间分辨率绘制 NbO 区域的相对结晶度。通过这种关联方法，我们观察到非晶区域更可能含有氧空位，并表现出铌与氧原子间较弱的键合。基于这些发现，我们预期氧空位很可能作为量子系统中的退相干机制。
引用
@article{arxiv.2203.08710,
title = {Developing a Chemical and Structural Understanding of the Surface Oxide in a Niobium Superconducting Qubit},
author = {Akshay A. Murthy and Paul Masih Das and Stephanie M. Ribet and Cameron Kopas and Jaeyel Lee and Matthew J. Reagor and Lin Zhou and Matthew J. Kramer and Mark C. Hersam and Mattia Checchin and Anna Grassellino and Roberto dos Reis and Vinayak P. Dravid and Alexander Romanenko},
journal= {arXiv preprint arXiv:2203.08710},
year = {2022}
}
备注
13 pages, 4 figures