2021 Fiscal Year Annual Research Report
Superconducting qubits and current standard devices using self-duality
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20H02215
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| Research Institution | National Astronomical Observatory of Japan |
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Principal Investigator |
牧瀬 圭正 国立天文台, 先端技術センター, 准教授 (60363321)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
篠崎 文重 九州大学, 理学研究院, 名誉教授 (80117126)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 窒化物 / 超伝導薄膜 / 量子細線 / 超伝導ー絶縁体転移 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
窒化物を使った新規なアモルファス膜による量子細線素子と信号読み出し用の窒化物ジョセフソン接合素子の両者を開発し、従来の材料や複雑なプロセス技術を必要としない窒化物位相すべり量子ビットと窒化物ジョセフソン接合の読み出し回路を組み合わせたQPSbits (Quantum Phase Slip-quantum bits)による量子ビットおよび電流標準の動作実証をする。今年度もQPSを誘起させるために必要とされる高インピーダンス(高面抵抗)な窒化物薄膜について探索と検証を行った。新たな窒化物超伝導薄膜材料としてTa系の薄膜を探索し成膜方法や条件も最適化を行った。成膜に関して手法としてDC反応性スパッタ法だけでなく、成膜時の膜厚を精密に制御するためにイオンビームスパッタリング法と原子層堆積法（ALD）による成膜も行った。これらの方法を用いることにより、成膜レートが精密に制御でき、細線化加工前の薄膜状態での面抵抗の制御が精密が可能となる。現状ではALDで成膜した窒化タンタル（TaN)で10K程度の転移温度を持つ薄膜が成膜できた。またより高い転移温度を持つ膜も探索するためにスパッタ法ではあるが、窒化ニオブタンタルという新奇な薄膜の条件出しを進めた。その結果シリコン基板上では多結晶な薄膜で超伝導転移温度が８K程度だが、バッファー層を用いることでエピタキシャル成長し、転移温度が13Kを有する薄膜の成膜条件を見出した。膜の抵抗率も窒化ニオブチタンよりも高いことも分かった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
加工精度の再現性が高い窒化ニオブや窒化チタンニオブによる超伝導薄膜の作製と量子細線加工を進めていたが、装置修理や測定システムの導入が新型感染症および半導体関連の備品の長納期化の影響により導入が大幅に遅れた。
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| Strategy for Future Research Activity |
装置改修や測定システムの導入が確定するまでは外部の共同利用設備を利用して、研究を進める。所属機関の既存のシステムの改造で対応できないかの検討も行う。
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