研究提供了阻碍量子位相干性的钽氧化的直接视角

美国能源部 (DOE) 布鲁克海文国家实验室和能源部太平洋西北国家实验室 (PNNL) 的科学家结合使用扫描透射电子显微镜 (STEM) 和计算模型来更仔细地观察和更深入地了解氧化钽。当这种无定形氧化物层形成在钽(一种超导体，有望成为制造量子计算机的“量子位”构件)的表面时，它可能会阻碍材料保留量子信息的能力。

了解氧化物的形成方式可能会提供有关为什么会发生这种情况的线索，并可能指出防止量子相干性损失的方法。该研究最近发表在《ACS Nano》杂志上。

该论文建立在布鲁克海文功能纳米材料中心 (CFN)、布鲁克海文国家同步加速器光源 II (NSLS-II) 和普林斯顿大学团队早期研究的基础上，该研究是量子优势联合设计中心 (C2QA)，一个由布鲁克海文领导的国家量子信息科学研究中心，普林斯顿大学是该中心的主要合作伙伴。

CFN 科学家 Mingzhao Liu 表示：“在这项工作中，我们在 NSLS-II 上使用 X 射线光电子能谱来推断钽暴露于空气中的氧气时在其表面形成的氧化物类型的详细信息。”该研究的主要作者之一。 “但我们想通过直接测量来更多地了解这一非常薄的氧化物层的化学成分，”他解释道。

因此，在这项新研究中，该团队与布鲁克海文凝聚态物理与材料科学 (CMPMS) 系的科学家合作，使用先进的 STEM 技术，使他们能够直接研究超薄氧化物层。他们还与 PNNL 的理论家合作，进行计算建模，揭示了材料中原子在氧化时最可能的排列和相互作用。

这些方法共同帮助团队建立了对钽金属有序晶格、其表面形成的无定形氧化物的原子级理解，以及有关这些层之间界面的有趣新细节。

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