界面应变和结构缺陷决定钽超导波导谐振器的性能
材料科学
2026-07-02 v1
摘要
钽（Ta）是在超导量子比特中实现长相干时间的有前景的材料。然而，对底层结构-性能关系的详细理解仍然难以捉摸。在本研究中，我们在高阻硅（100）衬底上，在T = 20°C至600°C的温度范围内，以及在不同的种子层（Nb、TiN和TaN）上，溅射沉积了200 nm厚的Ta薄膜。在高于500°C的温度下以及所有种子层上，都容易获得α-Ta薄膜。我们表征了薄膜的表面形貌、残余电阻率比、晶体相组成和超导转变温度，以及使用共面波导谐振器的射频性能。在100 mK的单光子状态下，测量到高达150万的内部品质因数。尽管体材料性能相似，但不同种子层上的α-Ta薄膜表现出显著不同的射频性能，我们将其归因于衬底-金属界面处的不同应变和结构缺陷。XRD数据的Williamson-Hall分析揭示了微应变减小与品质因数增加之间的明确相关性。截面高分辨透射电子显微镜通过直接分辨界面无序进一步支持了这一解释。我们的结果强调了界面工程在优化用于低损耗量子计算电路的超导薄膜中的关键作用。
引用
@article{arxiv.2607.02238,
title = {Interfacial Strain and Structural Defects Govern the Performance of Tantalum Superconducting Waveguide Resonators},
author = {Moritz Singer and Harsh Gupta and Benedikt Schoof and Elena Willinger and Anton Orekhov and Marc Tornow},
journal= {arXiv preprint arXiv:2607.02238},
year = {2026}
}