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2025 article

Tailoring the Physicochemical Properties of Nb Thin Films via Surface Engineering Methods

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Rattachement africain : us. Niveau de preuve : code pays fourni par la source.

Le résumé fourni par la source

The modification of surface oxide layers formed on niobium (Nb) thin films via chemical mechanical planarization (CMP) and accelerated neutral atom beam (ANAB) processing provides a promising route toward tailoring their emergent properties and performance when used as superconducting qubits. Here we show that CMP- and ANAB-formed Nb oxides are significantly thinner and smoother than the native oxide, as revealed by transmission electron microscopy (TEM) and atomic force microscopy. Scanning TEM and energy-dispersive X-ray spectroscopy along with X-ray photoelectron spectroscopy identified an oxidation gradient within the native and surface-engineered oxides. The topside layer is dominated by Nb 5+ (Nb 2 O 5 ), with various Nb suboxides present closer to the oxide/metal interface. Time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS) depth profiling confirmed the presence of an oxygen content gradient and demonstrated the enhanced resistance of the CMP- and ANAB-formed oxides to oxygen surface exchange and subsequent diffusion via 18 O 2 isotopic labeling experiments. ToF-SIMS also identified an interfacial layer containing trapped hydrogen (H)-containing species at the Nb oxide/metal interface. In situ ToF-SIMS and TEM revealed migration of the H/OH interfacial layer coinciding with decomposition of the surface oxide. Furthermore, our density functional theory calculations indicated that both H from moisture present in ambient air and bulk H in Nb films tend to segregate at the interface. These findings underscore the importance of understanding surface oxidation mechanisms, hydrogen incorporation, and their impact on the designed functionalities of Nb-based devices.

Ce résumé expose les affirmations des auteurs. BNTIC ne l’interprète pas comme une validation indépendante des résultats.

Le contrôle bibliographique ouvert

DOI retrouvé dans Crossref DOI retrouvé ; titre concordant.

Titre Crossref
Tailoring the Physicochemical Properties of Nb Thin Films via Surface Engineering Methods
Date Crossref
08/04/2025
Éditeur
American Chemical Society (ACS)
Type
journal-article

Ce recoupement confirme des métadonnées liées au DOI. Il ne confirme ni la méthode ni les conclusions de l’étude, et il ne compte pas comme une seconde source scientifique indépendante.

Les institutions déclarées

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Les sujets associés

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