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超导薄膜内的微观不均匀性是制约量子电路性能和可扩展性的关键瓶颈。全氮化物约瑟夫森结（JJs）因其可提供更长相干时间和实现更高工作温度的潜力而备受关注，但其性能常受多晶型、杂质及界面质量导致的局部变异限制。该研究揭示了阻碍NbN/AlN/NbN超导约瑟夫森结发挥全部性能的原子尺度缺陷。电学测量显示临界电流密度被抑制且准粒子电流呈现软开启，但电阻与结面积的倒数关系证实了势垒层厚度均匀，从而将性能限制根源锁定在电极和势垒层的结构化学变异上。观测到的特性归因于复杂材料问题：NbN多晶型、相共存及氧杂质。通过结合先进显微技术和机器学习方法，发现电极主导相δ-NbN中混杂着ε-Nb2N2纳米尺度夹杂物。这些缺陷可能导致约瑟夫森结直流性能异常，表现为超电流不连续及向常态的软转变。该工作通过识别特定原子尺度缺陷、追溯其源自薄膜初始成核的过程，并关联其有害电学特征，建立了材料-器件的关联机制，为面向可重复、高相干且可扩展量子器件的相工程提供了精准调控策略。