带铌缓冲层的硅基板上钽超导谐振器的微波表征

对未加热硅基板上溅射的钽薄膜在约10 GHz、10 mK环境下进行了微波表征。我们表明，通过在钽膜之前沉积铌缓冲层，可有选择地生长出体心立方晶格的钽相（$\alpha$-Ta）。薄膜的物理性质（如超导转变温度和结晶度）随缓冲层的加入而发生显著变化。基于该复合膜的共面波导谐振器相较于无缓冲层薄膜表现出显著增强的内部品质因数。在大量子数极限下，内部品质因数接近$2\times 10^7$。虽然在单光子水平下由于二能级系统（TLS）损耗品质因数下降，但我们确定TLS损耗的主因是膜-衬底界面的非晶硅层，其源于镀膜前的衬底清洗而非薄膜本身。内部品质因数的温度依赖性在200 mK以下明显上升，表明存在TLS-TLS相互作用。本低损耗钽膜无需衬底加热即可沉积，因此在超导量子电子学中有多种潜在应用。