論文の概要: Hidden Structural Variants in ALD NbN Superconducting Trilayers Revealed by Atomistic Analysis
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2512.07095v1
- Date: Mon, 08 Dec 2025 02:25:29 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-12-09 22:03:54.677883
- Title: Hidden Structural Variants in ALD NbN Superconducting Trilayers Revealed by Atomistic Analysis
- Title（参考訳）: ALD NbN超電導三層膜の原子構造解析による隠れ構造変化
- Authors: Prachi Garg, Danqing Wang, Hong X. Tang, Baishakhi Mazumder,
- Abstract要約: 超伝導膜内の微視的不均一性は、量子回路の性能とスケーラビリティを妨げる重要なボトルネックである。
全窒化物ジョセフソン接合(JJs)はコヒーレンス時間を延長し、より高温での運転を可能にする可能性に対して大きな注目を集めている。
この研究は、超伝導NbN/AlN/NbN JJがフルポテンシャルに達するのを防ぐ原子スケールの制限を診断する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 6.408512681137013
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Microscopic inhomogeneity within superconducting films is a critical bottleneck hindering the performance and scalability of quantum circuits. All-nitride Josephson Junctions (JJs) have attracted substantial attention for their potential to provide enhanced coherence times and enable higher temperature operation. However, their performance is often limited by local variations caused by polymorphism, impurities, and interface quality. This work diagnoses atomic-scale limitations preventing superconducting NbN/AlN/NbN JJs from reaching their full potential. Electrical measurements reveal suppressed critical current density and soft onset of quasiparticle current. However, inverse proportionality between resistance and junction area confirms homogenous barrier thickness. This isolates structural and chemical variations in electrodes and barrier as the source of performance limitation. The observed characteristics are attributed to complex materials problems: NbN polymorphism, phase coexistence, and oxygen impurities. Using advanced microscopy and machine learning integrated approach, nanoscale inclusions of epsilon-Nb2N2 are found to coexist within dominant delta-NbN electrodes. DC performance of JJs may be affected by these defects, leading to unresolved supercurrent and soft transition to normal state. By identifying specific atomic scale defects, tracing its origin to initial film nucleation, and linking to its detrimental electrical signature, this work establishes a material-to-device correlation and provides targeted strategy for phase engineering towards reproducible, high coherence and scalable quantum devices.
- Abstract（参考訳）: 超伝導膜内の微視的不均一性は、量子回路の性能とスケーラビリティを妨げる重要なボトルネックである。
全窒化物ジョセフソン接合(JJs)はコヒーレンス時間を延長し、より高温での運転を可能にする可能性に対して大きな注目を集めている。
しかしながら、それらの性能は多型、不純物、インターフェース品質によって生じる局所的な変動によって制限されることが多い。
この研究は、超伝導NbN/AlN/NbN JJがフルポテンシャルに達するのを防ぐ原子スケールの制限を診断する。
電気的測定により、準粒子電流の臨界電流密度とソフトオンセットが抑制された。
しかし、抵抗とジャンクション領域の間の逆比例性は、均一なバリア厚みを裏付ける。
これは、電極とバリアの構造的および化学的変異を性能限界の源として分離する。
観察された特徴は、NbN多型、相共存、酸素不純物といった複雑な材料問題に起因する。
高度な顕微鏡と機械学習の統合アプローチを用いて、エプシロンNb2N2のナノスケール包摂は、支配的なデルタNbN電極内で共存する。
JJの直流性能は、これらの欠陥の影響を受け、未解決の超電流とソフトな状態への遷移を引き起こす。
この研究は、特定の原子スケール欠陥を特定し、その起源を初期膜核化まで追跡し、その有害な電気的シグネチャにリンクすることで、材料とデバイス間の相関を確立し、再現性、高コヒーレンス、スケーラブルな量子デバイスに向けたフェーズエンジニアリングのターゲット戦略を提供する。
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