氧化铝隧道结制备的模拟

氧化铝（AlO$_\mathrm{x}$）隧道结是多种纳电子器件中的重要组件，包括可用作Josephson结的超导量子比特。尽管通过新电路设计已在量子比特的可重复性与可靠性上取得诸多改进，相关材料科学中仍存在知识空白。更好理解制备条件如何影响氧化势垒的密度、均匀性与元素组成，或可促成更低噪声、更可靠的纳电子学与量子计算机的发展。本文中我们使用分子动力学，通过顺序计算迭代生长结构来建立Al-AlO$_\mathrm{x}$-Al结的模型。借助该方法，我们可观察表面氧化物在氧化模拟过程中如何生长与变化。我们观测到诸如跨越氧化物的电荷梯度演化、氧化物层中孔洞的形成，以及非晶与半晶相之间转变等动态过程。我们的结果广泛与先前工作一致，包括所报道的氧化物密度、氧化的自限制，以及随模拟温度升高结晶度增加。还逐原子研究了通过金属蒸镀对氧化物进行封装。金属-氧化物界面的低密度区域是最终结结构中的共同特征，其对于不同氧化参数、经验势与铝衬底晶向均持续存在。