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表面铂合金化用于超导铌薄膜氧化物界面的钝化

超导电性 2026-07-01 v1
作者: Ananya Chattaraj , Conan Weiland , Bruce Ravel , Kim Kisslinger , Sooyeon Hwang , Xiao Tong , Ajith Pattammattel , Andrew M. Kiss , Steven L. Hulbert , Aswin kumar Anbalagan , Andrew L. Walter , Peter V. Sushko , Mingzhao Liu
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摘要

由表面和界面处的二能级系统(TLS)引起的介电损耗仍然是超导transmon量子比特相干性的主要限制因素。铌(Nb)是超导量子电路中广泛使用的材料，在环境条件下容易形成原生氧化物，导致有损介电界面，从而降低器件性能。在此，我们展示了一种稳健且可扩展的制造策略，用于化学稳定Nb表面并抑制进一步氧化，包括保护表面和侧壁区域。制备了具有类体超导转变温度(Tc = 9.30±0.10 K)的高纯度Nb薄膜。我们证明，在原生氧化物形成后沉积的薄Pt封装层，可以通过热退火在表面转变为Nb-Pt合金。光谱和显微分析证实了化学稳定的金属合金层的形成及其抑制进一步氧化物生长的能力。从头算模拟阐明了Pt掺入原生氧化铌时伴随的原子尺度重排和电子结构演化，为合金化表面的稳定机制提供了见解。该方法为工程设计化学稳健的Nb界面（包括侧壁）提供了一条材料路径，以实现更高相干性的超导量子比特架构。

关键词

铌 超导量子比特 表面钝化 铂合金化 二能级系统 介电损耗 从头算模拟

引用

@article{arxiv.2607.00429,
  title  = {Surface Platinum Alloying for Passivation of Oxide Interfaces on Superconducting Niobium Films},
  author = {Ananya Chattaraj and Conan Weiland and Bruce Ravel and Kim Kisslinger and Sooyeon Hwang and Xiao Tong and Ajith Pattammattel and Andrew M. Kiss and Steven L. Hulbert and Aswin kumar Anbalagan and Andrew L. Walter and Peter V. Sushko and Mingzhao Liu},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2607.00429},
  year   = {2026}
}

备注

51 pages, 19 figures