論文の概要: Developing a Chemical and Structural Understanding of the Surface Oxide
in a Niobium Superconducting Qubit
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2203.08710v3
- Date: Thu, 28 Jul 2022 16:33:28 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-02-21 22:58:41.879657
- Title: Developing a Chemical and Structural Understanding of the Surface Oxide
in a Niobium Superconducting Qubit
- Title（参考訳）: ニオブ超電導クビットにおける表面酸化物の化学的・構造的理解
- Authors: Akshay A. Murthy, Paul Masih Das, Stephanie M. Ribet, Cameron Kopas,
Jaeyel Lee, Matthew J. Reagor, Lin Zhou, Matthew J. Kramer, Mark C. Hersam,
Mattia Checchin, Anna Grassellino, Roberto dos Reis, Vinayak P. Dravid,
Alexander Romanenko
- Abstract要約: 我々はニオブ膜からパターン化したトランスモン試験装置の環境条件で形成される表面酸化物の詳細な評価を行う。
構造解析の観点では、Nb$ 1-2$O$_5$領域は自然界において半結晶であることが分かる。
アモルファス領域は酸素空孔を含む傾向が強く、ニオブと酸素原子の間の結合が弱いことが観察された。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 46.6940373636939
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Superconducting thin films of niobium have been extensively employed in
transmon qubit architectures. Although these architectures have demonstrated
remarkable improvements in recent years, further improvements in performance
through materials engineering will aid in large-scale deployment. Here, we use
information retrieved from secondary ion mass spectrometry and electron
microscopy to conduct a detailed assessment of the surface oxide that forms in
ambient conditions for transmon test qubit devices patterned from a niobium
film. We observe that this oxide exhibits a varying stoichiometry with NbO and
NbO$_2$ found closer to the niobium film and Nb$_2$O$_5$ found closer to the
surface. In terms of structural analysis, we find that the Nb$_2$O$_5$ region
is semicrystalline in nature and exhibits randomly oriented grains on the order
of 1-2 nm corresponding to monoclinic N-Nb$_2$O$_5$ that are dispersed
throughout an amorphous matrix. Using fluctuation electron microscopy, we are
able to map the relative crystallinity in the Nb$_2$O$_5$ region with nanometer
spatial resolution. Through this correlative method, we observe that amorphous
regions are more likely to contain oxygen vacancies and exhibit weaker bonds
between the niobium and oxygen atoms. Based on these findings, we expect that
oxygen vacancies likely serve as a decoherence mechanism in quantum systems.
- Abstract（参考訳）: ニオブの超伝導薄膜は、トランスモン量子ビットアーキテクチャで広く採用されている。
これらのアーキテクチャは近年著しく改善されているが、材料工学による性能の向上は大規模展開に役立つだろう。
ここでは、二次イオン質量分析法と電子顕微鏡から得られた情報を用いて、ニオブ膜からパターン化したトランスモン試験量子ビット装置の環境条件で形成される表面酸化物の詳細な評価を行う。
この酸化物は、ニオブ膜に近いNbO, NbO$_2$, 表面に近いNb$_2$O$_5$の様々な化学量を示す。
構造解析の観点からは、nb$_2$o$_5$ 領域は自然界において半結晶であり、アモルファスマトリックス全体に分散する単斜晶 n-nb$_2$o$_5$ に対応する 1-2 nm の順にランダムに配向した粒子を示す。
ゆらぎ電子顕微鏡を用いて、nb$_2$o$_5$領域の相対結晶度をナノメートルの空間分解能でマッピングすることができる。
この相関法により, アモルファス領域は酸素空孔を多く含み, ニオブ原子と酸素原子の結合が弱いことが観察された。
これらの知見に基づき、酸素空孔が量子系のデコヒーレンス機構として機能する可能性が期待されている。
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