論文の概要: Vanadium superconducting microwave resonators on silicon wafers
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.00809v1
- Date: Wed, 01 Jul 2026 11:36:50 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-07-02 19:56:07.873451
- Title: Vanadium superconducting microwave resonators on silicon wafers
- Title（参考訳）: シリコンウエハ上のバナジウム超伝導マイクロ波共振器
- Abstract要約: バナジウム(V)は超伝導量子デバイスのための新しい材料である。
X線回折および原子間力顕微鏡により、Nbバッファ層上に成長したV膜は格子配向の均一性が高いことが明らかになった。
V面の損失は$langle n_rm ph rangle$-independent non-two-level-system (non-TLS)損失によって支配される。
- 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: Understanding the correlation between material properties and microwave losses in superconducting films is a crucial subject for developing low-loss materials for quantum circuits. We focus on vanadium (V) as a novel material for superconducting quantum devices and discuss loss in V films in relation to their structural properties. Using a sputtering method, we grow four V-film structures on (001)-oriented Si wafers, employing Nb and Ta as the buffer and capping layer materials, respectively: Nb/V/Ta, Nb/V, V/Ta, and V. X-ray diffraction and atomic force microscopy reveal that the V films grown on the Nb buffer layers have higher uniformity of lattice orientation and smaller grain size than that directly grown on the Si wafer. Coplanar waveguide resonators are fabricated from the four V-film structures, and averaged photon number ($\langle n_{\rm ph} \rangle$) dependences of internal quality factor ($Q_{\rm int}$) are obtained by performing microwave measurements. By analyzing the obtained $Q_{\rm int}$ vs $\langle n_{\rm ph} \rangle$, it is found that loss at the V surface is dominated by $\langle n_{\rm ph} \rangle$-independent non-two-level-system (non-TLS) losses, which can be mitigated by introducing the Ta capping layer. Furthermore, the V films on the Nb buffer layers exhibit lower $Q_{\rm int}$ in the $\langle n_{\rm ph} \rangle$ range from 10$^{0}$ to 10$^{6}$ and higher non-TLS loss than that directly grown on Si wafers, even though the former has higher lattice-orientation uniformity than the latter. Origins of these trends might be relevant to V oxides, of which presence at surfaces and grain boundaries in bulk regions in the V resonators is suggested by energy dispersive X-ray spectroscopy and X-ray photoelectron spectroscopy, and/or V hydrides.
- Abstract（参考訳）: 超伝導薄膜における材料特性とマイクロ波損失の相関を理解することは、量子回路用低損失材料を開発する上で重要な課題である。
超伝導量子デバイスのための新しい材料としてバナジウム(V)に注目し,その構造特性に関してV膜の損失について議論する。
スパッタリング法を用いて, Nb/V/Ta, Nb/V, V/Ta, V. X線回折および原子間力顕微鏡により, Nbバッファー層上に成長したV膜は, Siウェハに直接成長したV膜よりも格子配向の均一性が高く, 粒径も小さいことが判明した。
4つのV膜構造からコプラナー導波路共振器を作製し、マイクロ波測定により内部品質係数(Q_{\rm int}$)の平均光子数(\langle n_{\rm ph} \rangle$)を求める。
得られた$Q_{\rm int}$ vs $\langle n_{\rm ph} \rangle$ を解析することにより、V面の損失は$\langle n_{\rm ph} \rangle$非独立な非二段階系(非TLS)損失に支配され、Taキャッピング層を導入することで軽減される。
さらに、Nbバッファー層上のV膜は、$\langle n_{\rm ph} \rangle$ range from 10$^{0}$ to 10$^{6}$ and higher non-TLS loss than that direct grown on Si wafers, while the former have higher lattice-orientation uniformity than the latter。
これらの傾向の起源はV酸化物と関係があり、V共振器のバルク領域における表面と粒界の存在はエネルギー分散X線分光とX線光電子分光、および/またはV水和物によって示唆される。
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