Descrizione del film sottile di niobio su substrato di zaffiro
Il film sottile di niobio depositato epitassialmente su substrati di zaffiro a cristallo singolo (Al₂O₃) forma un'eterostruttura superconduttiva ad alte prestazioni ottimizzata per le tecnologie quantistiche. Realizzato tramite sputtering magnetronico DC/RF o epitassia a fascio molecolare (MBE) sotto vuoto ultraelevato (<10-⁹ Torr), questo sistema raggiunge un'eccezionale cristallinità con un basso disadattamento reticolare (~1,4%) sullo zaffiro del piano R, producendo interfacce atomicamente nitide (rugosità <0,5 nm RMS). Il film di niobio mantiene proprietà superconduttive quasi massicce: temperatura critica (T<sub>c</sub> ≈ 9,3 K), campi critici elevati (H<sub>c2</sub> ≈ 400 mT a 4,2 K) e lunghezze di coerenza di ~38 nm. Inoltre, il substrato di zaffiro garantisce una bassissima perdita di microonde (tangente dielettrica di perdita tan δ < 10-⁶ a 4 K) e sopprime i difetti del sistema a due livelli, consentendo fattori di qualità da record (Q > 10⁶) nei risonatori superconduttori. Questa combinazione offre una coerenza quantistica senza pari (tempi di rilassamento T₁ > 100 μs) per qubit transmon e memorie quantistiche. La corrispondenza dell'espansione termica tra Nb e Al₂O₃ riduce al minimo i difetti indotti dalla deformazione, mentre l'elevata rigidità meccanica dello zaffiro (modulo di Young: 400 GPa) garantisce la stabilità strutturale durante i cicli criogenici. Le applicazioni includono processori di calcolo quantistico, cavità di acceleratori di particelle che raggiungono gradienti di accelerazione >30 MV/m, rivelatori di induttanza cinetica a microonde (MKID) ultrasensibili per l'astronomia e magnetometri SQUID a basso rumore. L'inerzia chimica dell'eterostruttura favorisce inoltre l'integrazione con circuiti quantistici complessi attraverso la modellazione litografica, posizionandola come piattaforma materiale di scelta per l'hardware quantistico scalabile.
Applicazioni del film sottile di niobio su substrato di zaffiro
Questa eterostruttura consente circuiti quantistici superconduttori ad alta coerenza, che costituiscono la base dei qubit transmon e degli elementi di memoria quantistica nei processori quantistici, grazie alla bassissima perdita dielettrica dello zaffiro (tan δ < 10-⁶ a 4 K) e all'elevata temperatura critica dell'Nb (9,3 K), che consente di ottenere tempi di rilassamento dei qubit superiori a 100 μs. Serve come risonatori a microonde ad alto Q (fattori di qualità >10⁶) per i sistemi di controllo/readout dell'informatica quantistica e come filtri criogenici negli amplificatori a basso rumore. La piattaforma è fondamentale per le cavità superconduttrici a radiofrequenza (SRF) negli acceleratori di particelle, dove film epitassiali di Nb su zaffiro raggiungono gradienti di accelerazione >30 MV/m con una resistenza superficiale ridotta. I rivelatori sensibili sfruttano questa tecnologia, compresi i rivelatori di induttanza cinetica a microonde (MKID) per l'astronomia sub-millimetrica e i rivelatori di fotoni singoli a nanofili superconduttori (SNSPD) per le comunicazioni quantistiche. I sensori di precisione, come i magnetometri SQUID, sfruttano la stabilità di quantizzazione del flusso dell'eterostruttura per ottenere una risoluzione del campo magnetico di nanotesla nell'imaging cerebrale e nella caratterizzazione dei materiali. Le applicazioni emergenti includono sistemi quantistici ibridi che integrano componenti fotonici e dispositivi quantistici topologici, che richiedono interfacce prive di difetti. La sua durezza alle radiazioni supporta ulteriormente le tecnologie quantistiche satellitari e la strumentazione per la fisica nucleare.
Confezionamento del film sottile di niobio su substrato di zaffiro
I nostri prodotti sono confezionati in cartoni personalizzati di varie dimensioni in base alle dimensioni del materiale. Gli articoli piccoli sono imballati in modo sicuro in scatole di PP, mentre quelli più grandi sono collocati in casse di legno personalizzate. Garantiamo il rispetto rigoroso della personalizzazione dell'imballaggio e l'uso di materiali di imbottitura appropriati per fornire una protezione ottimale durante il trasporto.
Imballaggio: Cartone, cassa di legno o personalizzato.
Si prega di esaminare i dettagli dell'imballaggio forniti come riferimento.
Processo di produzione
1.Metodo di test
(1)Analisi della composizione chimica - Verificata con tecniche quali GDMS o XRF per garantire la conformità ai requisiti di purezza.
(2)Test delle proprietà meccaniche - Include test di resistenza alla trazione, allo snervamento e all'allungamento per valutare le prestazioni del materiale.
(3)Ispezione dimensionale - Misura lo spessore, la larghezza e la lunghezza per garantire la conformità alle tolleranze specificate.
(4)Ispezione della qualità della superficie - Verifica la presenza di difetti quali graffi, crepe o inclusioni mediante esame visivo e a ultrasuoni.
(5)Prova di durezza - Determina la durezza del materiale per confermare l'uniformità e l'affidabilità meccanica.
Per informazioni dettagliate,consultare le procedure di provaSAM .
Domande frequenti sul film sottile di niobio su substrato di zaffiro
Q1. Perché abbinare il niobio allo zaffiro?
La bassissima perdita di microonde dello zaffiro (tan δ < 10^-6 a 4 K) e la levigatezza a livello atomico minimizzano la decoerenza quantistica, mentre la sua espansione termica corrisponde a quella del niobio, riducendo la deformazione interfacciale, fondamentale per i dispositivi quantistici ad alta coerenza.
Q2. Applicazioni chiave per il calcolo quantistico?
Questa eterostruttura consente qubit transmonici con tempi di rilassamento (T₁) >100 μs e risonatori superconduttori che raggiungono fattori di qualità (Q) >10^6, costituendo il nucleo di processori quantistici scalabili e architetture di memoria quantistica.
Q3. Come migliora gli acceleratori di particelle?
I film epitassiali di niobio sullo zaffiro consentono alle cavità SRF di sostenere gradienti di accelerazione >30 MV/m - il doppio delle cavità convenzionali in Nb - riducendo la resistenza superficiale (<5 nΩ) e sopprimendo l'intrappolamento del flusso magnetico.
Informazioni correlate
1.Metodi di preparazione comuni
I wafer di zaffiro sul piano R vengono puliti e ricotti a 1.000-1.200°C in ultra-alto vuoto (<10-⁹ Torr), quindi incisi con ioni di argon per ottenere una levigatezza a livello atomico. Il niobio (puro al 99,999%) viene depositato tramite sputtering magnetronico in corrente continua a 400-800°C, allineando lo strato di (110) Nb con il reticolo dello zaffiro per ridurre al minimo la deformazione. La ricottura post-deposizione a 600-900°C migliora la cristallinità. Infine, i film vengono raffreddati lentamente e, a scelta, ricoperti per proteggerli. Si ottengono così film superconduttori (Tc ≈ 9,3 K) per dispositivi quantistici.
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