Ce projet développera le dépôt de couches atomiques (ALD) pour l’ingénierie des surfaces de résonateurs supraconducteurs, selon deux objectifs complémentaires destinés aux accélérateurs et aux technologies quantiques.
Le premier concerne le dopage contrôlé des cavités radiofréquences supraconductrices (SRF) en niobium massif. Des films conformes d’épaisseur inférieure ou égale à 10 nm serviront de sources de dopants. Un recuit sous vide poussé ajustera leur distribution dans la région RF active. Cette stratégie vise à améliorer l’uniformité, explorer de nouveaux dopants et supprimer l’électropolissage ultérieur. L’enjeu consiste à inhiber la formation d’hydrures tout en préservant le gap supraconducteur. Les performances visées sont des facteurs de qualité de 8 × 10¹° à 2 K et des gradients accélérateurs de 40–45 MV/m. Soutenu par le projet européen EPITA, cet axe répond aux exigences des futurs accélérateurs, notamment du FCC.
Le second objectif consiste à développer des revêtements protecteurs minimisant les pertes diélectriques, notamment celles associées aux systèmes à deux niveaux. Des composés alternatifs seront étudiés, prolongeant les traitements du CEA combinant oxydes diélectriques et recuit, associés à des facteurs de qualité records en régime quantique.
Un traitement unique pourrait ainsi améliorer les performances dans les deux régimes. Spectroscopies tunnel et X, et TOF-SIMS relieront propriétés supraconductrices, chimie et distributions des dopants. Deux équipements ALD permettront le développement sur échantillons puis le transfert aux résonateurs. Les mesures RF seront réalisées au CEA et chez ses partenaires, notamment au Fermilab aux températures millikelvin, afin d’identifier les mécanismes limitants et d’optimiser les surfaces pour ces deux applications.