論文の概要: Tantalum-Encapsulated Niobium Superconducting Resonators: High Internal Quality Factor and Improved Temporal Stability via Surface Passivation
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2604.09050v1
- Date: Fri, 10 Apr 2026 07:24:10 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-04-13 17:57:53.746616
- Title: Tantalum-Encapsulated Niobium Superconducting Resonators: High Internal Quality Factor and Improved Temporal Stability via Surface Passivation
- Title（参考訳）: タンタルカプセル型Ni超伝導共振器:高内部品質係数と表面受動による時間安定性の改善
- Authors: Anas Alkhazaleh, Juan Villegas, Florent Ravaux, Alexey Zharinov,
- Abstract要約: ミリケルビン温度でのマイクロ波損失は、複雑なNbOx表面酸化物に関連する2レベル系の影響を受けている。
これらの損失を軽減するため,Nb薄膜を薄いタンタル層に固定した表面工学的手法を検討した。
同一の直流スパッタリングおよび湿式エッチング条件を用いて高抵抗シリコン上にNb/Ta二層膜とNb共振器を作製した。
新鮮なTaカプセル化デバイスは、金属中のTLS損失の低減と電力依存性が一致して、ほぼ単光子状態の2.4 x 106までの内部品質因子を示す。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: Superconducting coplanar waveguide resonators are essential components in quantum processors, where their internal quality factor (Qi) constrains qubit coherence and readout fidelity. In niobium devices, microwave losses at millikelvin temperatures are strongly influenced by two-level systems (TLS) associated with the complex NbOx surface oxide. To mitigate these losses, we investigate a surface-engineering approach in which Nb films are capped in situ with a thin tantalum layer to suppress Nb2O5 formation and replace the native NbOx interface with a Ta-based oxide. We fabricate Nb/Ta bilayer and reference Nb resonators on high-resistivity silicon using identical DC sputtering and wet etching conditions, and characterize their performance at millikelvin temperatures. Fresh Ta-encapsulated devices exhibit internal quality factors up to 2.4 x 10^6 in the near-single-photon regime, with power dependence consistent with reduced TLS-related loss at the metal-air interface. A control Nb device fabricated under the same process shows comparatively lower Q_TLS, consistent with the beneficial effect of the Ta capping layer. Furthermore, ageing tests performed on Nb/Ta resonators after six months reveal a moderate reduction in Q_TLS relative to their initial values, yet the performance remains superior to newly fabricated Nb-only devices. These results suggest that thin Ta encapsulation enhances interface quality and contributes to improved temporal stability while remaining compatible with Nb-based fabrication workflows.
- Abstract（参考訳）: 超伝導コプラナー導波路共振器は量子プロセッサにおいて必須成分であり、内部品質係数(Qi)は量子ビットのコヒーレンスと読み出しの忠実さを制約する。
ニオブデバイスでは、ミリケルビン温度でのマイクロ波損失は、複雑なNbOx表面酸化物に関連する2レベル系(TLS)に強く影響される。
これらの損失を軽減するため,Nb薄膜を薄いタンタル層に担持してNb2O5の形成を抑制し,NbOx界面をTa系酸化物に置き換える表面工学的手法を検討した。
同一の直流スパッタリングおよび湿式エッチング条件を用いて高抵抗シリコン上にNb/Ta二層膜とNb共振器を作製し, ミリケルビン温度における特性評価を行った。
新鮮なTaカプセル化デバイスは、金属-空気界面におけるTLS関連損失の低減と電力依存性が一致し、ほぼ単光子状態において最大2.4 x 10^6の内部品質因子を示す。
同じ工程で作製された制御Nb装置は、Taキャッピング層の有効効果と整合して、比較的低いQ_TLSを示す。
さらに, 6カ月後にNb/Ta共振器で行った時効試験では, 初期値と比較してQ_TLSの適度な低下がみられた。
これらの結果から,薄型Taカプセル化は界面品質を高め,Nb系製造ワークフローとの互換性を維持しながら時間安定性の向上に寄与することが示唆された。
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