論文の概要: Formation and Microwave Losses of Hydrides in Superconducting Niobium Thin Films Resulting from Fluoride Chemical Processing

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2404.04489v1
• Date: Sat, 6 Apr 2024 03:44:36 GMT
• ステータス: 処理完了
• システム内更新日: 2024-04-09 20:58:47.880279
• Title: Formation and Microwave Losses of Hydrides in Superconducting Niobium Thin Films Resulting from Fluoride Chemical Processing
• Title（参考訳）: フッ化物化学処理による超伝導ニオブ薄膜中の水素化物の生成とマイクロ波損失
• Authors: Carlos G. Torres-Castanedo, Dominic P. Goronzy, Thang Pham, Anthony McFadden, Nicholas Materise, Paul Masih Das, Matthew Cheng, Dmitry Lebedev, Stephanie M. Ribet, Mitchell J. Walker, David A. Garcia-Wetten, Cameron J. Kopas, Jayss Marshall, Ella Lachman, Nikolay Zhelev, James A. Sauls, Joshua Y. Mutus, Corey Rae H. McRae, Vinayak P. Dravid, Michael J. Bedzyk, Mark C. Hersam,
• Abstract要約: フッ化物系化学エッチング剤は、超伝導量子デバイスに悪影響を及ぼすことで知られる表面酸化物を除去するために一般的に用いられる。 これらの同じエッチング剤は水素を導入してNb水素化物を形成し、マイクロ波損失性能に悪影響を及ぼす可能性がある。 ここでは、フッ化物処理の機能としてNb薄膜に形成されたNb水和物の包括的特性について述べる。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
• Abstract: Superconducting Nb thin films have recently attracted significant attention due to their utility for quantum information technologies. In the processing of Nb thin films, fluoride-based chemical etchants are commonly used to remove surface oxides that are known to affect superconducting quantum devices adversely. However, these same etchants can also introduce hydrogen to form Nb hydrides, potentially negatively impacting microwave loss performance. Here, we present comprehensive materials characterization of Nb hydrides formed in Nb thin films as a function of fluoride chemical treatments. In particular, secondary-ion mass spectrometry, X-ray scattering, and transmission electron microscopy reveal the spatial distribution and phase transformation of Nb hydrides. The rate of hydride formation is determined by the fluoride solution acidity and the etch rate of Nb2O5, which acts as a diffusion barrier for hydrogen into Nb. The resulting Nb hydrides are detrimental to Nb superconducting properties and lead to increased power-independent microwave loss in coplanar waveguide resonators. However, Nb hydrides do not correlate with two-level system loss or device aging mechanisms. Overall, this work provides insight into the formation of Nb hydrides and their role in microwave loss, thus guiding ongoing efforts to maximize coherence time in superconducting quantum devices.
• Abstract（参考訳）: 超伝導Nb薄膜は近年,量子情報技術の活用により注目されている。 Nb薄膜の加工において、フッ化物系化学エッチング剤は、超伝導量子デバイスに悪影響を及ぼすことで知られている表面酸化物を除去するために一般的に用いられる。 しかし、これらの同じエッチング剤は水素を導入してNb水素化物を形成することができ、マイクロ波損失性能に悪影響を及ぼす可能性がある。 ここでは、フッ化物処理の機能としてNb薄膜に形成されたNb水和物の包括的特性について述べる。 特に、二次イオン質量分析、X線散乱、透過電子顕微鏡は、Nb水素化物の空間分布と相転移を明らかにする。 水素の生成速度はフッ化物溶液の酸性度とNb2O5のエッチング速度によって決定される。 その結果、Nb水素化物はNb超伝導特性に有害であり、コプラナー導波路共振器の電力非依存マイクロ波損失が増大する。 しかし、Nb水和物は2レベル系の損失や装置の老化機構と相関しない。 全体として、この研究はNb水素化物の形成とマイクロ波損失におけるそれらの役割についての洞察を与え、超伝導量子デバイスにおけるコヒーレンス時間を最大化するための継続的な取り組みを導いた。

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