論文の概要: Thermal Annealing and Radiation Effects on Structural and Electrical Properties of NbN/GaN Superconductor/Semiconductor Junctions

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2501.07780v1
• Date: Tue, 14 Jan 2025 01:37:21 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-01-15 13:28:26.127507
• Title: Thermal Annealing and Radiation Effects on Structural and Electrical Properties of NbN/GaN Superconductor/Semiconductor Junctions
• Title（参考訳）: NbN/GaN超伝導体/半導体接合の構造と電気特性に及ぼす熱処理と放射効果
• Authors: Stephen Margiotta, Binzhi Liu, Saleh Ahmed Khan, Gabriel Calderon Ortiz, Ahmed Ibreljic, Jinwoo Hwang, A F M Anhar Uddin Bhuiyan,
• Abstract要約: 窒化ニオブ(NbN)超伝導体は、量子コンピューティングにおいて重要な構成要素である。 本研究では,GaN上に作製したNbN薄膜の構造と超伝導特性に及ぼす高温アニールおよび高線量ガンマ照射の影響について検討した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.4038539043067986
• License:
• Abstract: In the rapidly evolving field of quantum computing, niobium nitride (NbN) superconductors have emerged as integral components due to their unique structural properties, including a high superconducting transition temperature (Tc), exceptional electrical conductivity, and compatibility with advanced device architectures. This study investigates the impact of high-temperature annealing and high-dose gamma irradiation on the structural and superconducting properties of NbN films grown on GaN via reactive DC magnetron sputtering. The as-deposited cubic {\delta}-NbN (111) films exhibited a high-intensity XRD peak, high Tc of 12.82K, and an atomically flat surface. Annealing at 500 and 950 {\deg}C for varying durations revealed notable structural and surface changes. High-resolution STEM indicated improved local ordering, while AFM showed reduced surface roughness after annealing. XPS revealed a gradual increase in the Nb/N ratio with higher annealing temperatures and durations. High-resolution XRD and STEM analyses showed lattice constant modifications in {\delta}-NbN films, attributed to residual stress changes following annealing. Additionally, XRD phi-scans revealed sixfold symmetry in NbN films due to rotational domains relative to GaN. While Tc remained stable after annealing at 500 {\deg}C, increasing the annealing temperature to 950 {\deg}C degraded Tc to ~8K and reduced the residual resistivity ratio from 0.85 in as-deposited films to 0.29 after 30 minutes. The effects of gamma radiation (5 Mrad (Si)) were also studied, demonstrating minimal changes to crystallinity and superconducting performance, indicating excellent radiation resilience. These findings highlight the potential of NbN superconductors for integration into advanced quantum devices and their suitability for applications in radiation-intensive environments such as space, satellites, and nuclear power plants.
• Abstract（参考訳）: 急速に発展する量子コンピューティングの分野において、窒化ニオブ(NbN)超伝導体は、高温超伝導転移温度(Tc)、例外的な電気伝導率、先進的なデバイスアーキテクチャとの整合性など、その独特の構造的特性から、積分成分として出現している。 本研究では,GaN上に作製したNbN薄膜の構造と超伝導特性に及ぼす高温アニールおよび高線量ガンマ照射の影響について検討した。 蒸着した立方晶-NbN(111)膜は、高強度のXRDピーク、12.82Kの高Tc、原子平らな表面を示した。 500, 950 {\deg}Cの焼鈍により, 顕著な構造変化と表面変化が認められた。 高分解能STEMでは局所秩序が改善し,AFMでは焼鈍後の表面粗さが低下した。 XPSではNb/N比が徐々に上昇し, 加熱温度と持続時間が増加した。 高分解能XRDおよびSTEM分析により, 焼鈍後の残留応力変化に起因する, {\delta}-NbN薄膜の格子定数変化が認められた。 さらに、XRD phi-scans は GaN に対する回転領域によるNbN 薄膜の6倍対称性を示した。 Tcは500 {\deg}Cで焼鈍した後も安定であったが, 焼鈍温度は950 {\deg}Cで低下し, 残留比は30分後に0.85から0.29に低下した。 ガンマ線(5Mrad (Si))の影響も検討し, 結晶性および超伝導性能の最小限の変化を実証し, 優れた放射線耐性を示した。 これらの知見は、先進量子デバイスへの統合のためのNbN超伝導体の可能性と、宇宙、衛星、原子力発電所などの放射線集約環境への適用性を強調している。

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