有机单分子层钝化使钽超导谐振器品质因子提升140%

B910化工消息：钽（Ta）被认为是超导量子电路的有前途的平台材料，但其相干时间仍受到界面两能级系统（TLS）引起的介电损耗限制，原生氧化物的重新生长进一步加剧了这一问题。

研究人员提出一种分子表面钝化方案，在新鲜刻蚀的钽和硅表面组装自组装有机单分子层（SAM）。接触角、XPS、FTIR和TEM等表面表征手段确认了有序纳米级厚度薄膜的形成，并有效抑制了氧化物生成。

在约5-9 GHz频段的微波测量中，器件在100 mK温度、单光子区域的内部品质因子达到1.8×10^6，较未经处理的原生氧化层器件提升约140%。功率和温度依赖的测量将这一改善归因于TLS引起的损耗降低。

超导量子比特的退相干是当前量子计算面临的核心挑战之一。界面TLS被认为是限制超导量子比特相干时间的主要因素之一。传统的解决方案包括改进材料纯度和优化加工工艺，但原生氧化物的再生问题一直难以根除。

该研究表明，分子钝化可有效调控超导量子器件的界面损耗，为提升量子比特相干性提供了一条可规模化、工艺兼容的技术路线。由于自组装单分子层的制备相对简单且可大面积覆盖，该方案有望在超导量子计算芯片的制造中得到应用。 （来源：arXiv）