論文の概要: Single-photon detection using high-temperature superconductors
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2208.05674v1
- Date: Thu, 11 Aug 2022 07:24:45 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2023-01-31 21:11:45.040583
- Title: Single-photon detection using high-temperature superconductors
- Title（参考訳）: 高温超伝導体を用いた単一光子検出
- Authors: I. Charaev, D. A. Bandurin, A. T. Bollinger, I. Y. Phinney, I.
Drozdov, M. Colangelo, B. A. Butters, T. Taniguchi, K. Watanabe, X. He, I.
Bo\v{z}ovi\'c, P. Jarillo-Herrero, and K. K. Berggren
- Abstract要約: Bi$Sr$CaCu$$O$_8+delta$およびLa$_$Sr$_0.45$CuO$_4$/La$CuO$_4$の薄いフレークから超伝導ナノワイヤ(SNWs)は、25ドルと8ドルまでの単光子応答を示した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
- Abstract: The detection of individual quanta of light is important for quantum
computation, fluorescence lifetime imaging, single-molecule detection, remote
sensing, correlation spectroscopy, and more. Thanks to their broadband
operation, high detection efficiency, exceptional signal-to-noise ratio, and
fast recovery times, superconducting nanowire single-photon detectors (SNSPDs)
have become a critical component in these applications. The operation of SNSPDs
based on conventional superconductors, which have a low critical temperature
($T_c$), requires costly and bulky cryocoolers. This motivated exploration of
other superconducting materials with higher $T_c$ that would enable
single-photon detection at elevated temperatures, yet this task has proven
exceedingly difficult. Here we show that with proper processing, high-$T_c$
cuprate superconductors can meet this challenge. We fabricated superconducting
nanowires (SNWs) out of thin flakes of Bi$_2$Sr$_2$CaCu$_2$O$_{8+\delta}$ and
La$_{1.55}$Sr$_{0.45}$CuO$_4$/La$_2$CuO$_4$ (LSCO-LCO) bilayer films and
demonstrated their single-photon response up to $25$ and $8$ K, respectively.
The single-photon operation is revealed through the linear scaling of the
photon count rate (PCR) on the radiation power. Both of our cuprate-based
SNSPDs exhibited single-photon sensitivity at the technologically-important
$1.5$ ${\mu}$m telecommunications wavelength. Our work expands the family of
superconducting materials for SNSPD technology, opens the prospects of raising
the temperature ceiling, and raises important questions about the underlying
mechanisms of single-photon detection by unconventional superconductors.
- Abstract（参考訳）: 量子計算、蛍光寿命イメージング、単一分子検出、リモートセンシング、相関分光などにおいて、個々の光の量子化の検出が重要である。
ブロードバンド動作、高い検出効率、例外的な信号-雑音比、高速回復時間により、超伝導ナノワイヤ単光子検出器(SNSPD)はこれらの応用において重要な要素となっている。
低臨界温度(t_c$)の従来の超伝導体に基づくsnspdの動作には、高価でかさばる冷凍機が必要である。
これにより、高温での単光子検出を可能にするより高いT_c$の超伝導材料が探索されたが、この作業は非常に困難であることが証明された。
ここでは、適切な処理を行うことで、高いT_c$銅酸化物超伝導体がこの課題を満たすことができることを示す。
我々は、Bi$_2$Sr$_2$CaCu$_2$O$_{8+\delta}$およびLa$_{1.55}$Sr$_{0.45}$CuO$_4$/La$_2$CuO$_4$ (LSCO-LCO)二層膜から超伝導ナノワイヤ(SNWs)を作製し、それぞれ25ドルと8ドルの単光子応答を実証した。
単一光子演算は、放射パワー上の光子カウントレート(PCR)の線形スケーリングによって明らかにされる。
どちらのSNSPDも、技術的に重要な1.5$${\mu}$mの通信波長で単光子感度を示した。
我々の研究は、SNSPD技術の超伝導材料群を拡大し、温度天井の上昇の見通しを開き、従来の超伝導体による単光子検出の基礎となるメカニズムについて重要な疑問を提起する。
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