通过钛牺牲层降低钽 CPW 共振器中的 TLS 损失

我们展示了通过在高电阻率硅衬底上制造的钽型波导共振器中引入 ultrathin 钛牺牲层，显著降低了两水平系统(TLS)损失。0.2nm 的钛薄膜沉积在预溅蚀的 α-钽表面上，充当固态氧气获取剂，通过化学方式修饰金属-空气界面处的原生钽氧化物。制造器件后，使用缓冲氧化物法蚀刻去除钛层，留下化学还原后的钽氧化物表面。随后进行高真空退火处理，可进一步抑制两水平系统损失。经此工艺处理的共振器在单光子范畴内的十个器件中，内部品质因子 Qi 平均值可超过 150 万，这是相同工艺下无钛层器件的三倍以上。这些结果凸显了界面氧化物化学在超导损耗中的关键作用，并强化了原子尺度表面工程作为提高钽基量子电路相干性的有效方法。该方法与适用于钽薄膜的现有制造工艺相兼容，为进一步延长超导量子比特的 T1 寿命提供了实用的途径。