サファイア基板上のニオブ薄膜

ホーム

製品紹介

非鉄金属

ニオビウム

カタログ番号	NB6964
素材	Nb、サファイア
形状	映画

スタンフォード・アドバンスト・マテリアルズ社は、先端材料の研究と生産を専門とする会社であり、細心の職人技と厳格な品質管理により、各製品が国際的なトップ水準に達することを保証しています。サファイア基板上のニオブ薄膜は、単結晶サファイア（Al₂O₃）上にエピタキシャル成長したニオブ層（臨界温度：9.3K）を組み合わせた超伝導ヘテロ構造で、量子コンピュータ共振器、粒子加速器キャビティ、高周波エレクトロニクスにおける超低マイクロ波損失向けに設計されている。

問い合わせ

お問い合わせリストに追加

概要

仕様

サファイア基板上のニオブ薄膜の説明

単結晶サファイア（Al₂O₃）基板上にエピタキシャル成長したニオブ薄膜は、量子技術に最適化された高性能超伝導ヘテロ構造を形成する。超高真空（<10-79 Torr）下でのDC/RFマグネトロンスパッタリングまたは分子線エピタキシー（MBE）により作製されたこのシステムは、R面サファイア上で低格子不整合（~1.4%）の卓越した結晶性を達成し、原子レベルでシャープな界面（粗さ<0.5 nm RMS）をもたらした。ニオブ薄膜は、臨界温度(T<sub>c</sub >≈ 9.3 K)、高い臨界磁場(H<sub>c2</sub >≈ 400 mT at 4.2 K)、コヒーレンス長(~38 nm)と、バルクに近い超伝導特性を維持している。サファイア基板は、超低マイクロ波損失（誘電正接tanδ < 10-⁶ at 4 K）を実現し、2準位系の欠陥を抑制することで、超伝導共振器において記録的な高い品質係数（Q > 10⁶）を可能にします。この組み合わせは、トランスモン・クビットや量子メモリに比類ない量子コヒーレンス（緩和時間T₁ > 100 μs）をもたらします。NbとAl₂O₃の熱膨張率のマッチングにより、ひずみによる欠陥が最小限に抑えられ、サファイアの高い機械的剛性（ヤング率：400GPa）により、極低温サイクル中の構造安定性が確保される。用途としては、量子コンピューティング・プロセッサー、30MV/mを超える加速勾配を達成する粒子加速器空洞、天文学用の超高感度マイクロ波運動インダクタンス検出器（MKID）、低ノイズSQUID磁力計などがある。このヘテロ構造の化学的不活性は、リソグラフィによるパターニングによって複雑な量子回路との統合をさらにサポートし、スケーラブルな量子ハードウェアのための材料プラットフォームとして選ばれている。

サファイア基板上のニオブ薄膜応用

このヘテロ構造は、高コヒーレンス超伝導量子回路を可能にし、サファイアの超低誘電損失（4Kでtanδ＜10-⁶）とNbの高い臨界温度（9.3K）により、量子プロセッサのトランスモン量子ビットや量子メモリ素子の基礎を形成し、100μsを超える量子ビット緩和時間を実現します。量子コンピューター制御/読み出しシステム用の高Qマイクロ波共振器（品質係数>10⁶）や低ノイズ増幅器用の極低温フィルターとして使用されています。このプラットフォームは、粒子加速器の超伝導高周波(SRF)キャビティにとって重要であり、サファイア上のNbエピタキシャル膜は、表面抵抗を低減しながら30MV/mを超える加速勾配を実現しています。サブミリ波天文学用のマイクロ波運動インダクタンス検出器（MKID）や量子通信用の超伝導ナノワイヤー単一光子検出器（SNSPD）など、高感度検出器はこの技術を活用している。SQUID磁力計などの精密センサーは、ヘテロ構造の磁束量子化安定性を利用して、脳イメージングや材料特性評価におけるナノテスラ磁場分解能を実現している。新しいアプリケーションとしては、フォトニックコンポーネントとトポロジカル量子デバイスを統合したハイブリッド量子システムがあり、欠陥のない界面が要求される。その放射線硬度は、衛星ベースの量子技術や核物理学機器をさらにサポートする。