NB6964 Film mince de niobium sur substrat de saphir

Film mince de niobium sur substrat de saphir Description

Une couche mince de niobium déposée épitaxialement sur des substrats de saphir monocristallin (Al₂O₃) forme une hétérostructure supraconductrice de haute performance optimisée pour les technologies quantiques. Fabriqué par pulvérisation magnétron DC/RF ou épitaxie par jets moléculaires (MBE) sous ultravide (<10-⁹ Torr), ce système présente une cristallinité exceptionnelle avec un faible décalage de réseau (~1,4 %) sur le plan R du saphir, ce qui donne des interfaces atomiquement nettes (rugosité <0,5 nm RMS). Le film de niobium conserve des propriétés supraconductrices proches du vrac : température critique (T_c ≈ 9,3 K), champs critiques élevés (H_c2 ≈ 400 mT à 4,2 K) et longueurs de cohérence de ~38 nm. De manière cruciale, le substrat de saphir offre une perte hyperfréquence ultra-faible (tangente de perte diélectrique tan δ < 10-⁶ à 4 K) et supprime les défauts du système à deux niveaux, ce qui permet d'atteindre des facteurs de qualité record (Q > 10⁶) dans les résonateurs supraconducteurs. Cette combinaison permet d'obtenir une cohérence quantique inégalée (temps de relaxation T₁ > 100 μs) pour les qubits transmoniques et les mémoires quantiques. L'adaptation de la dilatation thermique entre le Nb et l'Al₂O₃ minimise les défauts induits par la déformation, tandis que la rigidité mécanique élevée du saphir (module d'Young : 400 GPa) assure la stabilité structurelle pendant les cycles cryogéniques. Les applications comprennent les processeurs d'informatique quantique, les cavités d'accélérateurs de particules atteignant des gradients d'accélération >30 MV/m, les détecteurs d'inductance cinétique à micro-ondes ultrasensibles (MKID) pour l'astronomie et les magnétomètres SQUID à faible bruit. L'inertie chimique de l'hétérostructure facilite en outre l'intégration dans des circuits quantiques complexes via le modelage lithographique, ce qui la positionne comme la plate-forme matérielle de choix pour le matériel quantique évolutif.

Applications de couches minces de niobium sur substrat de saphir

Cette hétérostructure permet des circuits quantiques supraconducteurs à haute cohérence, formant la base des qubits transmon et des éléments de mémoire quantique dans les processeurs quantiques en raison de la perte diélectrique ultra-faible du saphir (tan δ < 10-⁶ à 4 K) et de la température critique élevée du Nb (9,3 K), permettant d'obtenir des temps de relaxation des qubits supérieurs à 100 μs. Il sert de résonateurs micro-ondes à haute qualité (facteurs de qualité >10⁶) pour les systèmes de contrôle/lecture de l'informatique quantique et les filtres cryogéniques dans les amplificateurs à faible bruit. La plateforme est essentielle pour les cavités supraconductrices à radiofréquence (SRF) dans les accélérateurs de particules, où des films épitaxiés de Nb sur saphir permettent d'obtenir des gradients d'accélération >30 MV/m avec une résistance de surface réduite. Les détecteurs sensibles tirent parti de cette technologie, notamment les détecteurs d'inductance cinétique à micro-ondes (MKID) pour l'astronomie submillimétrique et les détecteurs de photons uniques à nanofils supraconducteurs (SNSPD) pour les communications quantiques. Les capteurs de précision tels que les magnétomètres SQUID exploitent la stabilité de quantification du flux de l'hétérostructure pour une résolution de champ magnétique de l'ordre du nanotela dans l'imagerie cérébrale et la caractérisation des matériaux. Les applications émergentes comprennent les systèmes quantiques hybrides intégrant des composants photoniques et des dispositifs quantiques topologiques, qui nécessitent des interfaces sans défaut. Sa dureté aux radiations favorise en outre les technologies quantiques basées sur les satellites et les instruments de physique nucléaire.

Emballage des couches minces de niobium sur substrat de saphir

Nos produits sont emballés dans des cartons personnalisés de différentes tailles en fonction des dimensions du matériau. Les petits articles sont solidement emballés dans des boîtes en PP, tandis que les articles plus volumineux sont placés dans des caisses en bois personnalisées. Nous veillons à respecter scrupuleusement la personnalisation de l'emballage et à utiliser des matériaux de rembourrage appropriés afin d'assurer une protection optimale pendant le transport.

Emballage : Carton, caisse en bois ou sur mesure.

Veuillez consulter les détails de l'emballage fournis à titre de référence.

Processus de fabrication

1.méthode d'essai

(1)Analyse de la composition chimique - vérifiée à l'aide de techniques telles que GDMS ou XRF pour garantir la conformité aux exigences de pureté.

(2)Essai des propriétés mécaniques - Comprend des essais de résistance à la traction, de limite d'élasticité et d'allongement pour évaluer les performances du matériau.

(3)Contrôle dimensionnel - Mesure de l'épaisseur, de la largeur et de la longueur pour s'assurer du respect des tolérances spécifiées.

(4)Contrôle de la qualité de la surface - recherche de défauts tels que des rayures, des fissures ou des inclusions par un examen visuel et ultrasonique.

(5)Essai de dureté - Détermination de la dureté du matériau pour confirmer l'uniformité et la fiabilité mécanique.

Veuillez vous référer aux procédures d'essai SAM pour des informations détaillées.

Film mince de niobium sur substrat de saphir FAQs

Q1. Pourquoi associer le niobium au saphir ?

La très faible perte de micro-ondes du saphir (tan δ < 10^-6 à 4 K) et sa douceur au niveau atomique minimisent la décohérence quantique, tandis que sa dilatation thermique correspond à celle du niobium, ce qui réduit la déformation interfaciale, essentielle pour les dispositifs quantiques à haute cohérence.

Q2. Applications clés de l'informatique quantique ?

Cette hétérostructure permet de réaliser des qubits transmoniques avec des temps de relaxation (T₁) >100 μs et des résonateurs supraconducteurs atteignant des facteurs de qualité (Q) >10^6, formant le cœur de processeurs quantiques évolutifs et d'architectures de mémoire quantique.

Q3. Comment améliore-t-il les accélérateurs de particules ?

Les films de niobium épitaxiés sur le saphir permettent aux cavités SRF de supporter des gradients d'accélération >30 MV/m - deux fois plus que les cavités conventionnelles en Nb - en réduisant la résistance de surface (<5 nΩ) et en supprimant le piégeage du flux magnétique.

Informations connexes

1)Méthodes de préparation courantes

Les plaquettes de saphir en plan R sont nettoyées et recuites à 1 000-1 200°C sous ultravide (<10-⁹ Torr), puis gravées avec des ions argon pour obtenir une surface lisse à l'échelle atomique. Le niobium (pur à 99,999 %) est déposé par pulvérisation magnétron à courant continu à 400-800 °C, en alignant la couche de (110) Nb sur le réseau du saphir afin de minimiser les déformations. Le recuit post-dépôt à 600-900°C améliore la cristallinité. Enfin, les films sont lentement refroidis et éventuellement recouverts pour les protéger. On obtient ainsi des films supraconducteurs (Tc ≈ 9,3 K) pour les dispositifs quantiques.