超薄镁基涂层作为超导电路材料的高效氧阻挡层
材料科学
2023-09-27 v2
摘要
基于 transmon 量子比特扩展超导量子电路需要大幅延长量子比特相干时间。在考虑用于 transmon 量子比特的材料中，钽（Ta）已成为一种有前景的候选材料，其相干时间优于传统对应材料。然而，非晶表面 Ta 氧化层的存在引入了介电损耗，最终限制了相干时间。在本研究中，我们提出一种利用沉积在钽之上的超薄镁（Mg）覆盖层来抑制钽氧化物形成的新方法。基于同步辐射的 X 射线光电子能谱（XPS）研究表明，氧化物被限制在 Mg/Ta 界面正下方极薄的区域。此外，我们证明薄 Ta 膜在 Mg 覆盖后超导性能得到改善，表现出更尖锐且更高温度的向超导态和磁有序态的转变。基于实验数据和计算建模，我们建立了覆盖层在保护 Ta 免受氧化方面作用的原子尺度机制理解。该工作为表面钽氧化物的形成机制与功能提供了有价值的见解，并提出了一种有望降低超导量子材料中介电损耗的新材料设计原则。最终，我们的发现为实现大规模、高性能量子计算系统铺平了道路。
引用
@article{arxiv.2309.12603,
title = {Ultrathin Magnesium-based Coating as an Efficient Oxygen Barrier for Superconducting Circuit Materials},
author = {Chenyu Zhou and Junsik Mun and Juntao Yao and Aswin kumar Anbalagan and Mohammad D. Hossain and Russell A. McLellan and Ruoshui Li and Kim Kisslinger and Gengnan Li and Xiao Tong and Ashley R. Head and Conan Weiland and Steven L. Hulbert and Andrew L. Walter and Qiang Li and Yimei Zhu and Peter V. Sushko and Mingzhao Liu},
journal= {arXiv preprint arXiv:2309.12603},
year = {2023}
}