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http://cicese.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1007/4305| Estudio por primeros principios sobre la influencia de la oxidación en resonadores superconductores basados en α-tántalo First-principles study on the influence of oxidation in superconducting resonators based on α-tantalum | |
| José Daniel Gutiérrez Londoño | |
| JONATHAN GUERRERO SANCHEZ | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución | |
| Interfase α-Ta/Al2O3, oxidación, estudio computacional α-Ta/Al2O3 interface, oxidation, computational study | |
| Esta tesis presenta un estudio computacional empleando primeros principios con la Teoría del Funcional de la Densidad, enfocado en la influencia de la oxidación en interfases formadas por α-tántalo y óxido de aluminio (Al2O3), materiales de relevancia para resonadores superconductores. Se construyeron doce modelos de interfase que consideran las orientaciones cristalinas (111) y ( ̅1 ̅1 ̅1) del α-Ta, así como dos terminaciones superficiales de Al2O3. La estabilidad termodinámica de cada sistema se evaluó mediante el cálculo de energía de formación de interfase bajo condiciones químicas variables de Ta, Al y O. Los resultados muestran que ciertas configuraciones alcanzan una mayor estabilidad dependiendo del entorno químico, especialmente en función del contenido relativo de Al y O en el sustrato. Además, se observó que las dos direcciones cristalinas evaluadas presentan comportamientos energéticos similares, lo que sugiere que no existe una dirección de crecimiento preferencial en términos de estabilidad termodinámica. Esta equivalencia permite seleccionar un conjunto reducido de modelos representativos para los análisis electrónicos detallados. Adicionalmente, se llevaron a cabo análisis de densidad de estados, función de localización de electrones y diferencias de densidad de carga, que permitieron identificar modificaciones en la distribución electrónica debido a la interacción entre el Ta y el sustrato. Los resultados demuestran que la oxidación en la interfase modifica levemente la estructura electrónica del tántalo, afectando potencialmente el desempeño de dispositivos superconductores. Este estudio proporciona información clave para el diseño de interfases más estables y eficientes en aplicaciones cuánticas. This thesis presents a computational study based on first-principles methods within the framework of Density Functional Theory, focusing on the influence of oxidation at interfaces formed by α-tantalum and aluminum oxide (Al2O3), materials of interest for superconducting resonators. Twelve interfacial models were constructed, considering (111) and ( ̅1 ̅1 ̅1) crystallographic orientations of α-Ta as well as two distinct surface terminations of Al2O3. The thermodynamic stability of each system was evaluated by calculating the interface formation energy under varying chemical conditions involving Ta, Al, and O. The results show that certain configurations become more stable depending on the chemical environment, particularly the relative content of Al and O in the substrate. Moreover, both crystallographic orientations displayed comparable energetic behavior, suggesting the absence of a preferential growth direction in terms of thermodynamic stability. This equivalence enables the selection of a reduced set of representative models for detailed electronic analyses. Additional investigations included density of states, electron localization function, and charge density difference analyses, which revealed modifications in the electronic distribution caused by the interaction between Ta and the substrate. The results indicate that oxidation at the interface slightly alters the electronic structure of tantalum, potentially impacting the performance of superconducting devices. Overall, this study provides valuable insights for designing more stable and efficient interfaces for quantum applications. | |
| CICESE | |
| 2025 | |
| Tesis de maestría | |
| Español | |
| Gutiérrez Londoño, J.D. 2025. Estudio por primeros principios sobre la influencia de la oxidación en resonadores superconductores basados en α-tántalo. Tesis de Maestría en Ciencias. Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada, Baja California. 45 pp. | |
| PROPIEDADES DE LOS MATERIALES | |
| Aparece en las colecciones: | Tesis - Nanociencias |
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|---|---|---|---|---|
| tesis_José Daniel Gutiérrez Londoño_2025.pdf | Descripción completa de la tesis | 15.94 MB | Adobe PDF | Visualizar/Abrir |