論文の概要: Interface-sensitive microwave loss in superconducting tantalum films sputtered on c-plane sapphire

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2412.16730v2
• Date: Wed, 11 Jun 2025 15:03:11 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-06-13 02:07:43.049511
• Title: Interface-sensitive microwave loss in superconducting tantalum films sputtered on c-plane sapphire
• Title（参考訳）: c面サファイア上にスパッタした超伝導タンタル薄膜の界面感度マイクロ波損失
• Authors: Anthony P. McFadden, Jinsu Oh, Lin Zhou, Trevyn F. Q. Larson, Stephen Gill, Akash V. Dixit, Raymond Simmonds, Florent Lecocq,
• Abstract要約: タンタル (Ta) はニオブ (Nb) またはアルミニウム (Al) 表面の微細な損失源に対処するための有望な材料として出現した。 ここでは, 成長温度の異なるc面サファイア上にスパッタしたTa, Nb薄膜の構造と電気的性質について系統的研究を行った。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 4.529903696798094
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Quantum coherence in superconducting circuits has increased steadily over the last decades as a result of a growing understanding of the various loss mechanisms. Recently, tantalum (Ta) emerged as a promising material to address microscopic sources of loss found on niobium (Nb) or aluminum (Al) surfaces. However, the effects of film and interface microstructure on low-temperature microwave loss are still not well understood. Here we present a systematic study of the structural and electrical properties of Ta and Nb films sputtered on c-plane sapphire at varying growth temperatures. As growth temperature is increased, our results show that the onset of epitaxial growth of alpha-phase Ta correlates with lower Ta surface roughness, higher critical temperature, and higher residual resistivity ratio, but surprisingly also correlates with a significant increase in loss at microwave frequency. Notably, this high level of loss is not observed in Nb films prepared in the same way and having very similar structure. By experimentally controlling the surface on which the Ta film is nucleated, we determine that the source of loss is only present in samples having an epitaxial Ta/sapphire interface and show that it is apparently mitigated by either growing a thin, epitaxial Nb inter-layer between the Ta film and the substrate or by intentionally treating, and effectively damaging, the sapphire surface with an in-situ argon plasma before Ta growth. In addition to elucidating this interfacial microwave loss, this work provides adequate process details to aid reproducible growth of low-loss Ta films across fabrication facilities.
• Abstract（参考訳）: 超伝導回路における量子コヒーレンスは、様々な損失機構の理解が高まり、ここ数十年で着実に増加している。 近年,ニオブ (Nb) やアルミニウム (Al) 表面の微細な損失源としてタンタル (Ta) が出現している。 しかし, 膜と界面の微細構造が低温マイクロ波損失に与える影響はよく分かっていない。 ここでは, 成長温度の異なるc面サファイア上にスパッタしたTa, Nb薄膜の構造と電気的性質について系統的研究を行った。 成長温度が上昇するにつれて,α相Taのエピタキシャル成長の開始はTa表面粗さの低下,臨界温度の上昇,比抵抗比の上昇と相関するが,マイクロ波周波数における損失の顕著な増加と相関することを示した。 特に、この高い損失は、同じ方法で作製され、非常に類似した構造を持つNb膜では観察されない。 Ta膜が核化した表面を実験的に制御することにより、Ta/サファイア界面を有する試料に損失源が存在すると判断し、Ta膜と基板の間に薄いエピタキシャルNb層を成長させたり、あるいは意図的に処理して、Ta成長前のサファイア表面をその場アルゴンプラズマで損傷させたりすることで、明らかに緩和されていることを示す。 この界面マイクロ波損失の解明に加えて、この研究は製造設備全体の低損失Ta薄膜の再現可能な成長を支援するための適切なプロセスの詳細を提供する。

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