成核与非成核外延 α-钽薄膜中的两能级系统
超导电性
2023-09-19 v2
摘要
构建具有实用相干性的超导量子处理器依赖于降低其组成材料中的损耗。钽与铌类似，已证明可作为高相干量子比特中的主要超导层。但不同于 Nb，通常在薄膜沉积过程中使用高温来稳定所需的体心立方相 α-Ta。长期以来已知薄的 Nb 层可在室温下促成 α-Ta 的成核，尽管在此研究之前，尚未有针对 Nb 成核 Ta 薄膜的外延工艺或少量光子微波损耗测量的报道。我们比较了由高温（500 {\deg}C）生长的 Ta 薄膜以及室温成核的薄膜所制备的谐振器，以理解晶体有序度对量子相干性的影响。在这两种情况下，薄膜均沿 Al2O3 (001) || Ta (110) 生长，表明外延取向与温度无关，并在 Nb/Ta 界面处得以保持。我们使用常规低功率光谱测量两能级系统（TLS）损耗，以及电场偏置技术测量谐振器表面 TLS 的有效偶极矩。在我们的测量中，Nb 成核 Ta 谐振器的损耗角正切（1.5 ± 0.1 × 10^-5）大于非成核的（5 ± 1 × 10^-6），其近似比例与由 X 射线衍射（0.27 {\deg} 对比 0.18 {\deg} [110] 反射宽度）和电子显微镜（30 nm 对比 70 nm 畴尺寸）表征的缺陷密度相对应。损耗角正切对畴尺寸的依赖性表明，发展更有序的 Ta 薄膜很可能改善量子比特相干时间。此外，低温 α-Ta 外延可能实现新型、无微态异质结构的生长，这类结构无法承受高温工艺。
引用
@article{arxiv.2301.10306,
title = {Two-Level Systems in Nucleated and Non-Nucleated Epitaxial alpha-Tantalum films},
author = {L. D. Alegria and D. M. Tennant and K. R. Chaves and J. R. I. Lee and S. R. O'Kelley and Y. J. Rosen and J L DuBois},
journal= {arXiv preprint arXiv:2301.10306},
year = {2023}
}