論文の概要: Annealing reduces Si$_3$N$_4$ microwave-frequency dielectric loss in superconducting resonators
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2312.13504v2
- Date: Thu, 16 May 2024 17:25:12 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-05-17 19:04:48.913419
- Title: Annealing reduces Si$_3$N$_4$ microwave-frequency dielectric loss in superconducting resonators
- Title（参考訳）: 超伝導共振器におけるSi$_3$N$_4$マイクロ波誘電損失のアニール化
- Authors: Sarang Mittal, Kazemi Adachi, Nicholas E. Frattini, Maxwell D. Urmey, Sheng-Xiang Lin, Alec L. Emser, Cyril Metzger, Luca Talamo, Sarah Dickson, David Carlson, Scott B. Papp, Cindy A. Regal, Konrad W. Lehnert,
- Abstract要約: マイクロ波デバイスは、検知、信号処理、量子通信のために窒化ケイ素(Si$_3$N$_4$)に依存している。
駆動強度と温度の関数として,Si$_3$N$_4$の常温または高温の温熱損失を測定した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The dielectric loss of silicon nitride (Si$_3$N$_4$) limits the performance of microwave-frequency devices that rely on this material for sensing, signal processing, and quantum communication. Using superconducting resonant circuits, we measure the cryogenic loss tangent of either as-deposited or high-temperature annealed stoichiometric Si$_3$N$_4$ as a function of drive strength and temperature. The internal loss behavior of the electrical resonators is largely consistent with the standard tunneling model of two-level systems (TLS), including damping caused by resonant energy exchange with TLS and by the relaxation of non-resonant TLS. We further supplement the TLS model with a self-heating effect to explain an increase in the loss observed in as-deposited films at large drive powers. Critically, we demonstrate that annealing remedies this anomalous power-induced loss, reduces the relaxation-type damping by more than two orders of magnitude, and reduces the resonant-type damping by a factor of three. Employing infrared absorption spectroscopy, we find that annealing reduces the concentration of hydrogen in the Si$_3$N$_4$, suggesting that hydrogen impurities cause substantial dissipation.
- Abstract（参考訳）: 窒化ケイ素(Si$_3$N$_4$)の誘電損失は、センサ、信号処理、量子通信にこの材料に依存するマイクロ波デバイスの性能を制限する。
超伝導共振回路を用いて, 高温熱処理したSi$_3$N$_4$の低温損失接点を駆動強度と温度の関数として測定した。
電気共振器の内部損失挙動は、TLSとの共振エネルギー交換と非共振TLSの緩和による減衰を含む2レベル系(TLS)の標準トンネルモデルと大きく一致している。
我々はさらにTLSモデルを自己加熱効果で補足し、大駆動力で作製した薄膜で観察された損失の増加を説明する。
臨界的に、アニーリングはこの異常な電力損失を軽減し、緩和型減衰を2桁以上減少させ、共振型減衰を3倍減少させることを示した。
赤外線吸収分光法を用いて、アニールはSi$_3$N$_4$の水素濃度を減少させ、不純物がかなりの散逸を引き起こすことを示唆する。
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