論文の概要: Oxide-nitride heteroepitaxy for low-loss dielectrics in superconducting quantum circuits

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2603.29065v1
• Date: Mon, 30 Mar 2026 23:05:18 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-04-01 15:25:02.939412
• Title: Oxide-nitride heteroepitaxy for low-loss dielectrics in superconducting quantum circuits
• Title（参考訳）: 超伝導量子回路における低損失誘電体のための酸化物-窒化物ヘテロエピタキシー
• Authors: David A. Garcia-Wetten, Mitchell J. Walker, Peter G. Lim, André Vallières, Maria G. Jimenez-Guillermo, Miguel A. Alvarado, Dominic P. Goronzy, Anna Grassellino, Jens Koch, Vinayak P. Dravid, Mark C. Hersam, Michael J. Bedzyk,
• Abstract要約: 超伝導量子ビットは、フォールトトレラント量子コンピューティングの実現に大いに期待できる。 しかし、損失のある非晶質誘電体は現在の技術を制限する。 マイクロ波損失が本質的に低い高結晶・強誘電率誘電体を同定した。 これらの結果は、超伝導量子回路のための魅力的な材料プラットフォームとして遷移金属窒化物上にヘテロエピタキシャルを形成する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.15494706660649596
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: Superconducting qubits show great promise for the realization of fault-tolerant quantum computing, but lossy, amorphous dielectrics limit current technology. Identifying highly crystalline and stoichiometric dielectrics with intrinsically low microwave loss is therefore a central materials challenge, yet experimentally validated platforms remain scarce. In this work, we integrate a crystalline dielectric into a heteroepitaxial TiN/$γ$-Al$_2$O$_3$/TiN trilayer grown via pulsed laser deposition. Correlative high-resolution imaging, diffraction, and spectroscopy measurements confirm the single-crystal quality and chemical integrity of all layers, with minimal defects and limited anion interdiffusion across the oxide-nitride interfaces. Using microwave lumped-element resonators with parallel-plate capacitors, we report the first direct measurement of the dielectric loss of epitaxial $γ$-Al$_2$O$_3$, for which we find a low intrinsic two-level system loss, $δ_{\text{TLS}}^0 = (2.8 \pm 0.1) \times 10^{-5}$. These results establish heteroepitaxial oxides on transition metal nitrides as an attractive materials platform for superconducting quantum circuits, particularly for integration into compact device architectures such as merged-element transmons and microwave kinetic inductance detectors.
• Abstract（参考訳）: 超伝導量子ビットはフォールトトレラント量子コンピューティングの実現に大いに期待できるが、損失のある非晶質誘電体は現在の技術を制限する。 そのため、マイクロ波損失が本質的に低い高結晶・強誘電率誘電体を同定することは、中心的な材料課題であるが、実験的に検証されたプラットフォームはほとんど残っていない。 本研究では, パルスレーザー蒸着法により成長した異方性TiN/$γ$-Al$_2$O$_3$/TiN三層膜に結晶誘電体を集積する。 相関した高分解能イメージング、回折、分光測定により、すべての層の単結晶品質と化学的完全性が確認され、最小限の欠陥と酸化物-窒化物界面でのアニオン相互拡散が制限された。 パラレルプレートコンデンサを用いたマイクロ波ラッピング素子共振器を用いて, エピタキシャルな$γ$-Al$_2$O$_3$の誘電損失を初めて直接測定し, 低内在性な2レベルシステム損失, $δ_{\text{TLS}}^0 = (2.8 \pm 0.1) \times 10^{-5}$とする。 これらの結果は、遷移金属窒化物上のヘテロエピタキシャル酸化物を超伝導量子回路のための魅力的な材料プラットフォームとして確立する。

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