論文の概要: Microwave characterization of tantalum superconducting resonators on silicon substrate with niobium buffer layer
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2306.15258v2
- Date: Sat, 16 Mar 2024 04:01:58 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-03-20 04:22:24.036407
- Title: Microwave characterization of tantalum superconducting resonators on silicon substrate with niobium buffer layer
- Title（参考訳）: ニオブ緩衝層を有するシリコン基板上のタンタル超伝導共振器のマイクロ波特性
- Authors: Yoshiro Urade, Kay Yakushiji, Manabu Tsujimoto, Takahiro Yamada, Kazumasa Makise, Wataru Mizubayashi, Kunihiro Inomata,
- Abstract要約: 未加熱シリコン基板上にスパッタされたタンタル薄膜は、マイクロ波を約10GHzで特徴付ける。
複合膜を用いたコプラナー導波路共振器は内部品質を著しく向上させた。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Tantalum thin films sputtered on unheated silicon substrates are characterized with microwaves at around 10 GHz in a 10 mK environment. We show that the phase of tantalum with a body-centered cubic lattice ($\alpha$-Ta) can be grown selectively by depositing a niobium buffer layer prior to a tantalum film. The physical properties of the films, such as superconducting transition temperature and crystallinity, change markedly with the addition of the buffer layer. Coplanar waveguide resonators based on the composite film exhibit significantly enhanced internal quality factors compared with a film without the buffer layer. The internal quality factor approaches $2\times 10^7$ at a large-photon-number limit. While the quality factor decreases at the single-photon level owing to two-level system (TLS) loss, we have identified the primary cause of TLS loss to be the amorphous silicon layer at the film-substrate interface, which originates from the substrate cleaning before the film deposition rather than the film itself. The temperature dependence of the internal quality factors shows a marked rise below 200 mK, suggesting the presence of TLS-TLS interactions. The present low-loss tantalum films can be deposited without substrate heating and thus have various potential applications in superconducting quantum electronics.
- Abstract（参考訳）: 未加熱シリコン基板上にスパッタされたタンタル薄膜は10mK環境下で約10GHzのマイクロ波で特徴付けられる。
タンタル膜に先立ってニオブ緩衝層を堆積することにより,体中心立方体格子(\alpha$-Ta)を用いたタンタルの相を選択的に成長させることができることを示す。
超伝導転移温度や結晶性などの薄膜の物性はバッファ層の追加によって著しく変化する。
複合膜に基づくコプラナー導波路共振器は, バッファ層を持たない膜に比べて, 内部品質を著しく向上させた。
内部品質係数は、大光子数制限で2ドル10^7$に近づいた。
2レベル系(TLS)損失による単光子レベルでの品質係数は低下するが,膜表面の非晶質シリコン層がTLS損失の主な原因であることが明らかとなった。
内部品質因子の温度依存性は200mK未満の顕著な上昇を示し,TLS-TLS相互作用の存在が示唆された。
現在の低損失タンタル膜は基板加熱なしで堆積することができ、超伝導量子エレクトロニクスに様々な応用が期待できる。
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