論文の概要: Oxidation Kinetics of Superconducting Niobium and a-Tantalum in Atmosphere at Short and Intermediate Time Scales

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2411.10410v1
• Date: Fri, 15 Nov 2024 18:28:54 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2024-11-18 15:37:03.195103
• Title: Oxidation Kinetics of Superconducting Niobium and a-Tantalum in Atmosphere at Short and Intermediate Time Scales
• Title（参考訳）: 短時間・中期の大気中における超伝導ニオブとa-タンタルの酸化速度
• Authors: Hunter J. Frost, Ekta Bhatia, Zhihao Xiao, Stephen Olson, Corbet Johnson, Kevin Musick, Thomas Murray, Christopher Borst, Satyavolu Papa Rao,
• Abstract要約: 超伝導薄膜の表面酸化物中の2レベル系(TLS)は、量子回路におけるデコヒーレンスの主要な原因である。 我々は,ニオブおよびタンタル表面の大気酸化特性を,製造に関連する時間スケールで解析した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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• Abstract: The integration of superconducting niobium and tantalum into superconducting quantum devices has been increasingly explored over the past few years. Recent developments have shown that two-level-systems (TLS) in the surface oxides of these superconducting films are a leading source of decoherence in quantum circuits, and understanding the surface oxidation kinetics of these materials is key to enabling scalability of these technologies. We analyze the nature of atmospheric oxidation of both niobium and a-tantalum surfaces at time scales relevant to fabrication, from sub-minute to two-week atmospheric exposure, employing a combination of x-ray photoelectron spectroscopy and transmission electron microscopy to monitor the growth of the surface oxides. The oxidation kinetics are modeled according to the Cabrera-Mott model of surface oxidation, and the model growth parameters are reported for both films. Our results indicate that niobium surface oxidation follows a consistent regime of inverse logarithmic growth for the entire time scale of the study, whereas a-Ta surface oxidation shows a clear transition between two inverse logarithmic growth regimes at time t = 1 hour, associated with the re-coordination of the surface oxide as determined by x-ray photoelectron spectroscopy analysis. Our findings provide a more complete understanding of the differences in atmospheric surface oxidation between Nb and a-Ta, particularly at short time scales, paving the way for the development of more robust fabrication control for quantum computing architectures.
• Abstract（参考訳）: 超伝導ニオブとタンタルの超伝導量子デバイスへの統合は、ここ数年でますます研究されている。 近年,これらの超伝導膜の表面酸化物中の2レベル系(TLS)が量子回路におけるデコヒーレンスの主要な原因であることが示されており,これらの材料の表面酸化速度論を理解することが,これらの技術のスケーラビリティの実現の鍵となっている。 X線光電子分光法と透過電子顕微鏡を組み合わせた表面酸化物の成長を観察するため, ニオブとタンタルの両面の大気酸化特性を, サブ分間から2週間の大気暴露まで, 製造に関連する時間スケールで解析した。 酸化速度は, 表面酸化のカブレラ・モットモデルに基づいてモデル化され, どちらの膜においてもモデル成長パラメータが報告される。 以上の結果から, ニオブ表面酸化は, X線光電子分光分析により決定された表面酸化物の再配位に伴う, 時間t = 1時間における2つの逆対数成長状態の明確な遷移を示すのに対し, a-Ta表面酸化は, 逆対数成長の連続した状態に従うことが示唆された。 その結果,Nbとa-Taの大気表面酸化の相違,特に短時間で,量子コンピューティングアーキテクチャのためのより堅牢な製造制御の開発への道を開いた。

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