論文の概要: Single-Photon Detection in Few-Layer NbSe$_2$ Superconducting Nanowires

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2508.18843v1
• Date: Tue, 26 Aug 2025 09:19:30 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-08-27 17:42:38.780219
• Title: Single-Photon Detection in Few-Layer NbSe$_2$ Superconducting Nanowires
• Title（参考訳）: Few-Layer NbSe$_2$超伝導ナノワイヤにおける単光子検出
• Authors: Lucio Zugliani, Alessandro Palermo, Bianca Scaparra, Aniket Patra, Fabian Wietschorke, Pietro Metuh, Athanasios Paralikis, Domenico De Fazio, Christoph Kastl, Rasmus Flaschmann, Battulga Munkhbat, Kai Müller, Jonathan J. Finley, Matteo Barbone,
• Abstract要約: 単光子検出器(SNSPD)はフォトニック量子技術の鍵となる構成要素である。 単光子検出を延ばすには、高均一性、大吸収断面積、原子スケール厚の超電導材料が望ましい。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 28.05833682707667
• License: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
• Abstract: Superconducting Nanowire Single-Photon Detectors (SNSPDs) are key building blocks for photonic quantum technologies due to their ability to detect single photons with ultra-high efficiency, low dark counts and fast temporal resolution. Superconducting materials exhibiting high uniformity, large absorption cross-section and atomic-scale thickness are desirable to extend single-photon detection from the near-infrared up to the terahertz regime, where existing material choices are especially constrained. Substrate independence would further open the way to integrate detectors onto functional materials and heterostructures, enhancing performance and enabling proximal read-out of a wide range of individual excitations. Here, we top-down shape the prototypical two-dimensional superconductor niobium diselenide (NbSe$_2$) into few-layer nanowires less than 100 nm wide and demonstrate single-photon detection at 780 and 1550 nm. At the same time, the dark-count rate remains below 1 Hz up to the switching current and we achieve a timing jitter below 50 ps. We use a diffusive hot-spot model to estimate a theoretical cut-off wavelength that surpasses the millimetre range. Our results open up routes toward quantum limited detectors integrated into quantum-photonic circuits and quantum devices, with the potential for novel detection capabilities and unprecedented energy sensitivity.
• Abstract（参考訳）: 超伝導ナノワイヤ単光子検出器(SNSPD)は、超高効率、低暗数、高速時間分解能の単一光子を検出できるため、フォトニック量子技術の鍵となる構成要素である。 高均一性、大吸収断面積、原子スケールの厚さを有する超電導材料は、既存の材料選択が特に制約されるテラヘルツ政権まで、近赤外線からの単光子検出を延ばすことが望ましい。 基板独立により、検出器を機能材料やヘテロ構造に統合し、性能を高め、幅広い個々の励起の近位読み出しを可能にした。 ここでは, 原型2次元超伝導体ニオブ(NbSe$_2$)を100nm未満の多層ナノワイヤに形成し, 単光子検出を780nmおよび1550nmで実証する。 同時に、ダークカウントレートはスイッチング電流まで1Hz以下であり、50ps以下のタイミングジッタを達成する。 拡散ホットスポットモデルを用いて、ミリメートル範囲を超える理論的なカットオフ波長を推定する。 その結果,量子フォトニック回路や量子デバイスに統合された量子制限検出器への経路が開かれ,新たな検出能力と前例のないエネルギー感受性の可能性が示唆された。

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