氧化物-氮化物异质层生长用于低损耗量子电路介质材料

超导量子比特在实现容错量子计算方面显示出巨大的潜力，但损耗的非晶介质限制了当前技术的发展。因此，识别具有高度晶体性和化学计量性的介质材料，以实现固有的低微波损耗，成为核心材料挑战，而经实验证实的平台仍稀缺。在本工作中，我们通过脉冲激光沉积生长了一个由晶体介质构成的 TiN/γ-Al$_2$O$_3$/TiN 三层结构。相关的高分辨率成像、衍射和光谱测量确认了所有层的单晶质量和化学完整性，界面处的阴离子扩散极少且缺陷有限。使用具有平行板电容器的微波类比电路器件，我们报告了首次对 epitaxial γ-Al$_2$O$_3$介电损耗的直接测量，其固有双极子态损耗为 δ_{TLS}^0 = (2.8 ± 0.1) × 10^{-5}。这些结果表明，基于过渡金属氮化物的异质氧化物生长为超导量子电路提供了吸引力的材料平台，尤其适用于集成至紧凑器件架构中，如合并元件 transmon 和微波动力学电感探测器。