論文の概要: In situ Al2O3 passivation of epitaxial tantalum and aluminum films enables long-term stability in superconducting microwave resonators

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.01232v1
• Date: Sat, 02 Aug 2025 07:05:32 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-08-05 18:25:21.775964
• Title: In situ Al2O3 passivation of epitaxial tantalum and aluminum films enables long-term stability in superconducting microwave resonators
• Title（参考訳）: 超伝導マイクロ波共振器におけるエピタキシャルタンタルとアルミニウム薄膜のIn situ Al2O3相転移による長期安定性
• Authors: Yi-Ting Cheng, Hsien-Wen Wan, Wei-Jie Yan, Lawrence Boyu Young, Yen-Hsun Glen Lin, Kuan-Hui Lai, Wan-Sin Chen, Chao-Kai Cheng, Ko-Hsuan Mandy Chen, Tun-Wen Pi, Yen-Hsiang Lin, Jueinai Kwo, Minghwei Hong,
• Abstract要約: 超伝導マイクロ波共振器の長期安定性は、スケーラブルな量子技術に不可欠である。 超高真空下でのAl2O3のその場堆積により保護されたエピタキシャルタンタル膜とアルミニウム膜から作製したマイクロストリップ共振器の優れた安定性を示す。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.0154859445071098
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Long-term stability of superconducting microwave resonators is essential for scalable quantum technologies; however, surface and interface degradation continue to limit device stability. Here, we demonstrate exceptional stability in microstrip resonators fabricated from epitaxial tantalum and aluminum films, protected by in situ deposited Al2O3 under ultra-high vacuum. These resonators initially exhibit internal quality factors (Qi) exceeding one million and maintain high performance with minimal degradation after up to fourteen months of air exposure. In contrast, devices relying on native surface oxides show substantial declines in Qi over time, indicating increased microwave losses. X-ray photoelectron spectroscopy reveals that the in situ Al2O3 effectively suppresses interfacial oxidation and preserves the chemical integrity of the underlying superconducting films, whereas native oxides permit progressive oxidation, leading to device degradation. These findings establish a robust, scalable passivation strategy that addresses a longstanding materials challenge in the development of superconducting quantum circuits.
• Abstract（参考訳）: 超伝導マイクロ波共振器の長期安定性は、スケーラブルな量子技術には不可欠であるが、表面および界面劣化はデバイス安定性を制限し続けている。 超高真空下でのAl2O3のその場堆積により保護されたエピタキシャルタンタル膜とアルミニウム膜から作製したマイクロストリップ共振器の優れた安定性を示す。 これらの共振器は、当初100万以上の内部品質因子(Qi)を示し、14ヶ月の大気暴露の後、最小限の劣化で高い性能を維持する。 対照的に、ネイティブ表面の酸化物に依存するデバイスは、時間とともにQiが大幅に低下し、マイクロ波損失が増加した。 X線光電子分光法では、in situ Al2O3が界面酸化を効果的に抑制し、下層の超伝導膜の化学的完全性を維持するのに対し、ネイティブ酸化物はプログレッシブ酸化を許容し、デバイス劣化を引き起こす。 これらの知見は、超伝導量子回路の開発における長年の課題に対処する、堅牢でスケーラブルなパッシベーション戦略を確立している。

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