論文の概要: Josephson energy of superconducting junctions: amorphous versus crystalline tunnel barriers

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2609.09426v1
• Date: Tue, 08 Sep 2026 20:25:04 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-09-10 19:44:08.811849
• Title: Josephson energy of superconducting junctions: amorphous versus crystalline tunnel barriers
• Title（参考訳）: 超伝導接合のジョセフソンエネルギー:非晶質と結晶性トンネル障壁
• Abstract要約: ジョセフソンエネルギー$E_J$は、トランスモン超伝導量子ビットの性質を管理するキーパラメータである。 NEGF-DFT量子トランスポート法に基づいて,第1原理のデバイスモデリングにより$E_J$を計算した。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 5.966268642389118
• License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
• Abstract: The Josephson energy $E_J$ is a key parameter governing the properties of transmon superconducting qubits. In Al/AlO$_x$/Al junctions, $E_J$ is set by electron tunneling through an ultrathin oxide barrier and therefore depends exponentially on the atomic structure of the barrier. We compute $E_J$ by first-principles device modeling based on the NEGF-DFT quantum-transport method, comparing a junction with a crystalline Al$_2$O$_3$ barrier against ten junctions with melt--quenched amorphous Al$_2$O$_3$ barriers of the same thickness. From the Fermi-level transmission and the Ambegaokar--Baratoff relation, we obtain a mean $E_J/h$ of $2.78$ GHz for the amorphous ensemble, with a standard deviation of $4.67$ GHz, compared with $0.73$ GHz for the crystalline reference; individual amorphous values span nearly two orders of magnitude. Scattering-state analysis shows that transport is quantum tunneling and that the variability originates from stoichiometric inhomogeneity of the amorphous oxide: Al-rich, low-barrier regions can connect into percolation-like tunneling pathways that strongly enhance the conductance. A realistic $200\times200$ nm$^2$ junction self-averages over more than $2\times10^4$ such microscopic regions. These results establish a quantitative atomistic route from oxide microstructure to the superconducting-circuit energy scale $E_J$.
• Abstract（参考訳）: ジョセフソンエネルギー$E_J$は、トランスモン超伝導量子ビットの性質を管理するキーパラメータである。 Al/AlO$_x$/Al接合では、$E_J$は極薄酸化物バリアを貫通する電子トンネルによって設定されるため、バリアの原子構造に指数関数的に依存する。 NEGF-DFT量子トランスポート法によるデバイスモデリングによりE_J$を計算し、結晶Al$_2$O$_3$障壁と溶融焼成アモルファスAl$_2$O$_3$障壁の10接合との比較を行った。 フェルミレベルの伝送とアンベガオカー・バラトフの関係から、アモルファスアンサンブルの平均$E_J/h$は2.78$ GHz、標準偏差は4.67$ GHz、結晶参照では$0.73$ GHz、個々のアモルファス値はほぼ2桁である。 散乱状態解析は、輸送が量子トンネルであり、変動性はアモルファス酸化物の確率的不均一性に由来することを示している。 現実的な$200\times200$ nm$^2$ junction self-averages over $2\times10^4$ このような顕微鏡領域。 これらの結果は酸化物ミクロ構造から超伝導-回路エネルギースケール$E_J$への定量的な原子性経路を確立した。

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