論文の概要: Superconducting Gap Engineering in Tantalum-Alloy-Based Resonators

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2510.15182v1
• Date: Thu, 16 Oct 2025 22:57:10 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-10-20 20:17:34.410836
• Title: Superconducting Gap Engineering in Tantalum-Alloy-Based Resonators
• Title（参考訳）: タンタル合金系共振器における超電導ギャップ工学
• Authors: Chen Yang, Faranak Bahrami, Guangming Cheng, Mayer Feldman, Nana Shumiya, Stephen A. Lyon, Nan Yao, Andrew A. Houck, Nathalie P. de Leon, Robert J. Cava,
• Abstract要約: ホスト材料の範囲を広げる戦略として,Ta基デバイスにおける超伝導ギャップ工学を探求する。 20原子%のハフニウム(Hf)をTa薄膜に合金化することにより、直流輸送によって測定された超伝導転移温度(T_c$)が6.09Kに達する。 純Taに対するT_c$の40%の上昇にもかかわらず、2レベル系(TLS)と準粒子(QPs)の損失は低温状態では変化しない。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.5030114378259691
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Utilizing tantalum (Ta) in superconducting circuits has led to significant improvements, such as high qubit lifetimes and quality factors in both qubits and resonators, underscoring the importance of material optimization in quantum device performance. In this work, we explore superconducting gap engineering in Ta-based devices as a strategy to expand the range of viable host materials. By alloying 20 atomic percent hafnium (Hf) into Ta thin films, we achieve a superconducting transition temperature ($T_c$) of 6.09~K, as measured by DC transport, reflecting an increased superconducting gap. We systematically vary deposition conditions to control film orientation and transport properties of the Ta-Hf alloy films. The enhancement in $T_c$ is further confirmed by microwave measurements at millikelvin temperatures. Despite the 40\% increase in $T_c$ relative to pure Ta, the loss contributions from two-level systems (TLS) and quasiparticles (QPs) remain unchanged in the low-temperature regime. These findings highlight the potential of material engineering to improve superconducting circuit performance and motivate further exploration of engineered alloys for quantum technologies.
• Abstract（参考訳）: 超伝導回路におけるタンタル(Ta)の利用は、量子デバイスの性能において物質最適化の重要性を強調し、量子ビット寿命や量子ビットと共振器の両方の品質要因などの大幅な改善につながった。 本研究では,Ta基デバイスにおける超伝導ギャップ工学を,ホスト材料の範囲を広げるための戦略として検討する。 20原子%のハフニウム(Hf)をTa薄膜に合金化することにより、超伝導相転移温度(T_c$)6.09〜Kを直流輸送により測定し、超伝導ギャップの増加を反映した。 我々は,Ta-Hf合金薄膜の膜配向と輸送特性を制御するために,析出条件を体系的に変化させた。 さらにミリケルビン温度でのマイクロ波測定により,T_c$の上昇が確認された。 純Taに対するT_c$の40倍の上昇にもかかわらず, 2レベル系 (TLS) と準粒子 (QPs) の損失は低温状態では変化しない。 これらの知見は、超伝導回路の性能を改善し、量子技術のためのエンジニアリングされた合金のさらなる探索を動機付ける材料工学の可能性を強調している。

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