Однофотонный сверхпроводящий детектор докладчик: Зотова Анна научный руководитель: Водолазов Д.Ю.

Содержание Введение Теоретические модели Экспериментальные характеристики Материалы Применения

SSPD (сверхпроводящий однофотонный детектор) Goltsman G. et al, IEEE Trans. Appl. Supercond –7 (2001)

Болометры (TES) начальное состояние фотон

Эволюция горячих электронов A. D. Semenov, G. N. Goltsman and R. Sobolewski Supercond. Sci. Technol. 15 (2002) R1–R16 NbN

Электро-термическая модель

Механизмы детектирования A. Semenov, G. Goltsman, A. Korneev, Physica C 351, 349 (2001) A. Semenov, A. Engel, H.-W. Hübers, K. Ilin, M. Siegel, Eur. Phys. J. B 47 (2005) 495

Механизмы детектирования 3. L. N. Bulaevskii, M. J. Graf and V.G. Kogan, Phys. Rev. B 85, (2012)

Механизмы детектирования Zotova A. N. and Vodolazov D. Y., Phys. Rev. B (2012) 4. I

Сравнение с экспериментом R. Lusche, A. Semenov, H.-W. Hübers, K. Ilin, M. Siegel, Y. Korneeva, A. Trifonov, A. Korneev, G. Goltsman and D. Vodolazov, arXiv: arXiv: модель 2 -модель 3 -модель 4 - часть энергии фотона, идущая на создание области с подавленной сверхпроводимостью Подгоночные параметры:

Эффективность детектирования: Темновые отсчеты: Джиттер: Характеристики SSPD

SSPD vs SPAD vs TES SPAD (InGaAs) TESSSPD T200 K0.1 K2 K λ1-1.7 μm μm μm эффективность детектирования 20%>80%93%93% темновые отсчеты few kHz

Темновые отсчеты Bartolf H., Engel A., Schilling A., Hübers H.-W. and Semenov A., Phys. Rev. B 81, (2010) L. N. Bulaevskii, M. J. Graf, C. D. Batista and V. G. Kogan, Phys. Rev. B 83, (2011)

Запирание (latching) A. J. Annunziata, O. Quaranta, D. F. Santavicca, A. Casaburi, L. Frunzio et al. J. Appl. Phys. 108, (2010) - время возвращения тока - время охлаждения горячего пятна запирание зависит оти от энергии, запасенной в индуктивности

Повышение эффективности детектирования уменьшение ширины нанопроволок использование материалов с меньшей шириной сверхпроводящей щели - покрытие большей площади нанопроволокой в форме меандра

Материалы NbN - первый материал NbTiN – низкая L k ниже τ r Nb – низкие τ r, но медленно релаксирует энергия запирание MgB 2 – необходимо развитие технологии для изготовления однородных меандров большей площади YBaCuO – не продемонстрирована однофотонная чувствительность в видимом и инфракрасном диапазонах W x Si 1-x, TaN – меньше энергия сверхпроводящей щели лучшая чувствительность на высоких длинах волны, но низкие T c

W x Si 1-x, TaN W x Si 1-x – рекордная эффективность детектирования 93% TaN – низкая энергия отсечки F. Marsili,V. B. Verma1, J. A. Stern, S. Harrington, A. E. Lita, T. Gerrits, I. Vayshenker, B. Baek, M. D. Shaw, R. P. Mirin, and S. W. Nam arXiv: v1arXiv: v1 A. Engel, A. Aeschbacher, K. Inderbitzin, A. Schilling, K. Ilin, M. Hofherr, M. Siegel, A. Semenov and H.-W. Hübers Appl. Phys. Lett. 100, (2012)

Применения: Криптография – необходимо передавать фотоны на большие расстояния, SSPD используются для регистрации этих фотонов Развитие оптических квантовых компьютеров – требуются детекторы с эффективностью детектирования, близкой к единице Диагностика квантовых эмиттеров - SSPDs используются для изучения испускания фотонов атомами, квантовыми точками, молекулами Связь со спутниками – SSPDs в качестве наземного приемника сигнала лазера со спутника Тестирование интегральных схем – детектирование излучаемых фотонов позволяет определить качество таких систем