論文の概要: Room Temperature Single Photon Detection at 1550 nm using van der Waals Heterojunction

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.05455v1
• Date: Fri, 05 Sep 2025 19:12:35 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2025-09-09 14:07:03.519381
• Title: Room Temperature Single Photon Detection at 1550 nm using van der Waals Heterojunction
• Title（参考訳）: ファンデルワールスヘテロ接合を用いた1550nmの室温単一光子検出
• Authors: Nithin Abraham, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, Kausik Majumdar,
• Abstract要約: 単一光子検出器(SPD)は、空間、生体イメージング、量子通信、情報処理など、様々な応用において重要である。 シリコン系単一光子アバランシェダイオード(SPAD)は、室温で十分に成熟し、動作している。 一方、GaAs系SPADは1550nmの光子に敏感であるが、比較的低い効率、高い暗カウント率、後押し確率に悩まされ、製造プロセスから環境に危険をもたらす。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 1.4699455652461726
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: Single-photon detectors (SPDs) are crucial in applications ranging from space, biological imaging to quantum communication and information processing. The SPDs that operate at room temperature are of particular interest to broader application space as the energy overhead introduced by the cryogenic cooling can be avoided. Although silicon-based single photon avalanche diodes (SPADs) are well matured and operate at room temperature, the bandgap limitation restricts their operation at telecommunication wavelength (1550 nm) and beyond. InGaAs-based SPADs, on the other hand, are sensitive to 1550 nm photons, but suffer from relatively lower efficiency, high dark count rate, afterpulsing probability, and pose hazards to the environment from the fabrication process. In this work, we demonstrate how we can leverage the properties of nanomaterials to address these challenges and realise a room temperature single-photon detector capable of operating at 1550 nm. We achieve this by coupling a low bandgap ($\sim 350~meV$) absorber (black phosphorus) to a sensitive van der Waals probe that is capable of detecting discrete electron fluctuation. We optimize the device for operation at $1550~nm$ and demonstrate an overall quantum efficiency of $21.4\%$ (estimated as $42.8\%$ for polarized light), and a minimum dark count of $\sim 720~Hz$ at room temperature.
• Abstract（参考訳）: 単一光子検出器(SPD)は、空間、生体イメージング、量子通信、情報処理など、様々な応用において重要である。 室温で作動するSPDは、低温冷却によって引き起こされるエネルギーオーバーヘッドを避けることができるため、より広い適用空間に特に関心がある。 シリコンベースの単一光子アバランシェダイオード(SPAD)は室温で十分に成熟して動作しているが、バンドギャップ制限は通信波長(1550nm)以上での動作を制限する。 一方、GaAs系SPADは1550nmの光子に敏感であるが、比較的低い効率、高い暗カウント率、後押し確率に悩まされ、製造プロセスから環境に危険をもたらす。 本研究では, ナノ材料の性質を利用してこれらの課題に対処し, 1550nmで動作可能な室温単光子検出器を実現する方法を示す。 我々は、低バンドギャップ(350〜meV$)吸収体(黒い蛍光体)を、離散電子ゆらぎを検出することができる感度の高いファンデルワールスプローブに結合することで、これを実現できる。 我々はこの装置を1550〜nm$で動作させるよう最適化し、全体的な量子効率は21.4\%$(分極光に対して42.8\%と推定される)で、室温では最低暗数$\sim 720~Hz$であることを示す。

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