論文の概要: Substrate-metal interface engineering enhances TaN/Ta thin film superconducting resonator performance
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2607.22294v1
- Date: Fri, 24 Jul 2026 13:38:28 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2026-07-27 20:58:57.135141
- Title: Substrate-metal interface engineering enhances TaN/Ta thin film superconducting resonator performance
- Title（参考訳）: 基板-金属界面技術によるTaN/Ta薄膜超伝導共振器性能の向上
- Authors: Moritz Singer, Harsh Gupta, Benedikt Schoof, Elena Willinger, Anton Orekhov, Alexandra Schewski, Samuil Kostadinov, Philip Constantin Schneider, Marc Tornow,
- Abstract要約: シリコン基板上での超伝導TaNとTa薄膜の組み合わせ特性について, 内部品質係数Qiを用いて検討した。
スタンドアロンのTaN膜は1光子系において100mKで約1.5x105のQi値を示す。
Si基板とTaNシード層との間に数ナノメートルのTaバッファ層が追加され、Qiは5.9x105まで大きく向上する。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 33.039191043781365
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Tantalum has been demonstrated as a promising material for superconducting qubits. However, comparatively little attention has been given to its nitrides. Tantalum nitride exhibits a range of stoichiometries, resulting in a variety of material properties, including both superconducting and non-superconducting phases. Owing to this versatility, tantalum nitrides can serve multiple purposes in superconducting qubits: as seed layers for alpha-Ta growth, as a superconducting base material and as a non-superconducting barrier in the Josephson junction. In this study, we explore the performance of superconducting TaN and Ta thin film combinations on silicon substrates in terms of internal quality factor Qi. We find that standalone TaN films exhibit Qi values of about 1.5x10^5 at 100mK in the single-photon regime. Surprisingly, a resonator made from Ta grown on a few-nanometers-thick TaN seed layer yields largely the same performance. However, adding an additional, few-nanometers-thick Ta buffer layer between the Si substrate and this TaN seed layer enhances Qi significantly up to 5.9x10^5. Supporting transmission electron microscopy measurements reveal nitrogen accumulation and structural disorder at the TaN-Si interface, while this interfacial modification is suppressed when the Ta buffer layer is introduced. The observed improvement in resonator performance is consistent with a reduction of interface-related two-level system losses and strongly supports the hypothesis that controlling the substrate-metal interface is pivotal for the performance of superconducting qubit circuitry.
- Abstract（参考訳）: タンタルは超伝導量子ビットの有望な材料として実証されている。
しかし、窒化物には比較的注意が向けられていない。
窒化タンタルは様々なストーチノメトリーを示し、超伝導相と非超伝導相の両方を含む様々な材料特性をもたらす。
この汎用性のため、窒化タンタルは、α-Ta成長のシード層として、超伝導基材として、ジョセフソン接合の非超伝導バリアとして、超伝導量子ビットにおいて複数の目的を果たすことができる。
本研究では, シリコン基板上での超伝導TaNとTa薄膜の組み合わせ特性について, 内部品質係数Qiを用いて検討した。
スタンドアロンのTaN膜は, 単光子系において100mKで約1.5x10^5のQi値を示す。
驚いたことに、数ナノメートルのTaNシード層上に成長したTa製共振器は、ほぼ同じ性能が得られる。
しかし、Si基板とTaNシード層との間に数ナノメートルのTaバッファ層を追加することにより、Qiは5.9x10^5まで著しく向上する。
透過電子顕微鏡測定のサポートにより,TaN-Si界面における窒素蓄積と構造障害が明らかとなった。
共振器の性能改善は, 界面関連2レベル系損失の低減と一致し, 超伝導量子ビット回路の性能向上には基板-金属界面制御が重要であるという仮説を強く支持している。
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