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# Physique # Physique quantique # Science des matériaux

Inducteurs en aluminium granulé : une nouvelle frontière

Les inducteurs en aluminium granulaire montrent un potentiel pour une technologie quantique efficace.

Vishakha Gupta, Patrick Winkel, Neel Thakur, Peter van Vlaanderen, Yanhao Wang, Suhas Ganjam, Luigi Frunzio, Robert J. Schoelkopf

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Inducteurs en aluminium Inducteurs en aluminium granulaire déchaînés supraconducteurs. l'avenir de la technologie des Des petits composants redessinent
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Les inducteurs supraconducteurs sont super importants dans les circuits quantiques. Ils aident à gérer et diriger l'électricité d'une manière qui est cruciale pour les technologies avancées. Mais rendre ces inducteurs petits, efficaces et à faible perte, c'est pas si simple. Dans cet article, on va parler d'un nouveau type d'inducteur fait d'aluminium granulaire, qui donne des résultats prometteurs.

Pourquoi les inducteurs supraconducteurs sont importants ?

Ces inducteurs sont essentiels pour des trucs comme l'informatique quantique et d'autres applications high-tech. Ils doivent être efficaces pour contrôler l'électricité tout en minimisant la Perte d'énergie. Les méthodes traditionnelles de fabrication d'inducteurs ont leurs défis, nécessitant souvent qu'ils soient plus grands ou moins efficaces.

Le défi de construire des inducteurs

Les inducteurs reposent généralement sur deux méthodes : l'inductance géométrique à partir de films minces supraconducteurs ou l'inductance cinétique à partir de réseaux de jonctions Josephson. Les deux méthodes ont leurs limites. La première peut être trop volumineuse tandis que la seconde peut introduire des complexités indésirables.

L'aluminium granulaire fait son entrée

L'aluminium granulaire est un matériau qui change la donne. En l'utilisant, les scientifiques peuvent créer de petits inducteurs qui sont beaucoup plus efficaces que ceux en aluminium pur. Ces inducteurs peuvent offrir le même niveau de performance mais dans une forme plus compacte.

Les petits inducteurs qui déchirent

Imagine un inducteur qui fait seulement quelques nanohenries-genre minuscule ! Les chercheurs ont réussi à produire des inducteurs plusieurs fois plus petits que les traditionnels, ce qui mène à des avancées excitantes dans la conception des circuits. Ils peuvent être super précis et bien fonctionner même dans des conditions difficiles.

Performance des inducteurs en aluminium granulaire

La performance de ces nouveaux inducteurs est impressionnante. Ils ont été testés dans divers environnements, et les résultats montrent qu'ils peuvent fonctionner avec très peu de perte d'énergie. Les chercheurs se concentrent sur leurs facteurs de qualité internes, qui mesurent à quel point un inducteur performe bien. Plus le Facteur de qualité est élevé, mieux c'est pour l'inducteur.

L'équilibre à trouver

Quand il s'agit de fabriquer ces inducteurs, il y a souvent un compromis. D'un côté, tu veux qu'ils soient compacts ; de l'autre, tu ne veux pas sacrifier la performance. Cet équilibre demande une ingénierie et des choix de conception soignés.

Le meilleur des deux mondes

Dans leur quête de l'inducteur parfait, les chercheurs ont découvert qu'ils pouvaient combiner l'aluminium granulaire avec d'autres matériaux comme l'aluminium ou le tantale. En procédant ainsi, ils pouvaient éviter certains problèmes qui surgissent quand on utilise qu'un seul matériau.

Le processus de fabrication

Créer ces inducteurs, c'est pas aussi simple que de balancer du métal ensemble. Le processus exige de la précision. Les scientifiques ont développé des méthodes pour superposer les matériaux avec soin, s'assurant que chaque composant fonctionne en harmonie. C'est un peu comme faire un gâteau sophistiqué où chaque couche doit être parfaite !

Les informations des tests

Tester ces nouveaux inducteurs apprend beaucoup aux scientifiques sur leur comportement dans des conditions réelles. Les mesures révèlent des détails fascinants sur leur performance, y compris comment ils réagissent sous différents niveaux de stress et à quelle fréquence ils peuvent gérer des pics d'énergie soudains.

Activité des Quasiparticules

Un aspect intéressant de ces inducteurs, c'est leur relation avec les quasiparticules-des petits bouts d'énergie qui peuvent affecter la performance des supraconducteurs. Quand trop de quasiparticules s'accumulent, ça peut poser des problèmes. Les chercheurs sont désireux de comprendre comment les garder à distance pour maintenir la performance dans le temps.

Trouver le juste milieu

L'énergie nécessaire pour maintenir une bonne performance varie selon les types d'inducteurs. L'objectif est de trouver ce juste milieu où la perte d'énergie est minimale et la performance maximale. C'est un domaine de recherche en cours, et chaque expérience aide à affiner la compréhension.

Applications futures

Alors que les scientifiques continuent de peaufiner les inducteurs en aluminium granulaire, leurs applications potentielles augmentent. Du domaine de l'informatique quantique à au-delà, ces petits gars pourraient bientôt jouer un rôle central dans les technologies de nouvelle génération. Les gains de performance pourraient mener à des percées qui changent notre vision de la technologie.

Résumé

Les inducteurs en aluminium granulaire sont un domaine de recherche prometteur. Ils combinent taille compacte et performance impressionnante, préparant le terrain pour des avancées excitantes dans les technologies supraconductrices. Avec la recherche continue et la compréhension, ces inducteurs pourraient être la clé pour débloquer de nouvelles possibilités dans le monde de l'électronique.

Conclusion

Les inducteurs supraconducteurs faits d'aluminium granulaire représentent un pas en avant significatif. Leur développement montre comment la science des matériaux peut nous mener vers une meilleure technologie. Qui aurait cru que de si petits composants pouvaient avoir un tel impact ? Alors que les scientifiques continuent leur travail, on ne peut qu'attendre encore plus d'innovations cool à l'avenir !

Source originale

Titre: Low loss lumped-element inductors made from granular aluminum

Résumé: Lumped-element inductors are an integral component in the circuit QED toolbox. However, it is challenging to build inductors that are simultaneously compact, linear and low-loss with standard approaches that either rely on the geometric inductance of superconducting thin films or on the kinetic inductance of Josephson junctions arrays. In this work, we overcome this challenge by utilizing the high kinetic inductance offered by superconducting granular aluminum (grAl). We demonstrate lumped-element inductors with a few nH of inductance that are up to $100$ times more compact than inductors built from pure aluminum (Al). To characterize the properties of these linear inductors, we first report on the performance of lumped-element resonators built entirely out of grAl with sheet inductances varying from $30-320\,$pH/sq and self-Kerr non-linearities of $0.2-20\,\mathrm{Hz/photon}$. Further, we demonstrate ex-situ integration of these grAl inductors into hybrid resonators with Al or tantalum (Ta) capacitor electrodes without increasing total internal losses. Interestingly, the measured internal quality factors systematically decrease with increasing room-temperature resistivity of the grAl film for all devices, indicating a trade-off between compactness and internal loss. For our lowest resistivity grAl films, we measure quality factors reaching $3.5 \times 10^6$ for the all-grAl devices and $4.5 \times 10^6$ for the hybrid grAl/Ta devices, similar to state-of-the-art quantum circuits. Our loss analysis suggests that the surface loss factor of grAl is similar to that of pure Al for our lowest resistivity films, while the increasing losses with resistivity could be explained by increasing conductor loss in the grAl film.

Auteurs: Vishakha Gupta, Patrick Winkel, Neel Thakur, Peter van Vlaanderen, Yanhao Wang, Suhas Ganjam, Luigi Frunzio, Robert J. Schoelkopf

Dernière mise à jour: 2024-11-19 00:00:00

Langue: English

Source URL: https://arxiv.org/abs/2411.12611

Source PDF: https://arxiv.org/pdf/2411.12611

Licence: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Changements: Ce résumé a été créé avec l'aide de l'IA et peut contenir des inexactitudes. Pour obtenir des informations précises, veuillez vous référer aux documents sources originaux dont les liens figurent ici.

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