論文の概要: Reversing Hydrogen-Related Loss in $α$-Ta Thin Films for Quantum Device Fabrication
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2503.12889v1
- Date: Mon, 17 Mar 2025 07:33:49 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-03-18 12:28:36.935667
- Title: Reversing Hydrogen-Related Loss in $α$-Ta Thin Films for Quantum Device Fabrication
- Title（参考訳）: 量子デバイス製造のための$α$Ta薄膜の水素関連損失反転
- Authors: D. P. Lozano, M. Mongillo, B. Raes, Y. Canvel, S. Massar, A. M. Vadiraj, Ts. Ivanov, R. Acharya, J. Van Damme, J. Van de Vondel, D. Wan, A. Potocnik, K. De Greve,
- Abstract要約: 製造中の水素吸収、特にネイティブオキシドを除去する場合は、マイクロ波損失を増大させることで性能を低下させることができる。
本研究では, 水素が10vol%のフッ化水素酸を3分以上曝露した場合に, $alpha$-Ta薄膜に侵入できることを実証した。
共振器の性能の低下は、非超伝導タンタル水和物の生成によって生じる可能性が高い。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
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- Abstract: $\alpha$-Tantalum ($\alpha$-Ta) is an emerging material for superconducting qubit fabrication due to the low microwave loss of its stable native oxide. However, hydrogen absorption during fabrication, particularly when removing the native oxide, can degrade performance by increasing microwave loss. In this work, we demonstrate that hydrogen can enter $\alpha$-Ta thin films when exposed to 10 vol% hydrofluoric acid for 3 minutes or longer, leading to an increase in power-independent ohmic loss in high-Q resonators at millikelvin temperatures. Reduced resonator performance is likely caused by the formation of non-superconducting tantalum hydride (TaH$_x$) precipitates. We further show that annealing at 500{\deg}C in ultra-high vacuum (10$^{-8}$ Torr) for one hour fully removes hydrogen and restores the resonators' intrinsic quality factors to ~4 million at the single-photon level. These findings identify a previously unreported loss mechanism in $\alpha$-Ta and offer a pathway to reverse hydrogen-induced degradation in quantum devices based on Ta and, by extension also Nb, enabling more robust fabrication processes for superconducting qubits.
- Abstract（参考訳）: $\alpha$-Tantalum ($\alpha$-Ta)は、安定な酸化物のマイクロ波損失が低いため、量子ビット製造を超伝導する新しい材料である。
しかし、製造中の水素吸収、特にネイティブオキシドを除去する場合は、マイクロ波損失を増大させることで性能を低下させることができる。
本研究では, 水素が10vol%のフッ化水素酸に3分以上露光すると, ミリケルビン温度で高Q共振器のオーミック損失が増大することを示す。
共振器性能の低下は、非超伝導タンタル水和物(TaH$_x$)析出物の形成に起因する可能性が高い。
さらに,500{\deg}Cを超高真空(10$^{-8}$Torr)で1時間加熱すると水素が完全に除去され,共振器固有の品質因子は1光子レベルで約400万に回復することを示した。
これらの結果は、以前に報告されていない$\alpha$-Taの損失機構を特定し、TaおよびNbに基づく量子デバイスにおける水素誘起劣化を逆転させる経路を提供し、超伝導量子ビットのより堅牢な製造プロセスを可能にする。
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