論文の概要: High-temperature growth of ultra thin NbTiN films on lithium niobate for integrated single photon detection
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2509.07870v1
- Date: Tue, 09 Sep 2025 15:56:54 GMT
- ステータス: 翻訳完了
- システム内更新日: 2025-09-10 14:38:27.388296
- Title: High-temperature growth of ultra thin NbTiN films on lithium niobate for integrated single photon detection
- Title（参考訳）: ニオブ酸リチウム上への超薄膜NbTiN薄膜の高温成長による単一光子検出
- Authors: Sjoerd Telkamp, Odiel Hooybergs, Myriam Rihani, Giovanni Finco, Tummas Napoleon Arge, Robin N. Dür, Victor Mougel, Daniel Scheffler, Filip Krizek, Rachel Grange, Robert J. Chapman, Werner Wegscheider,
- Abstract要約: Lithium niobate-on-insulator (LNOI)は、スケーラブルな量子情報処理に高い可能性を持つ新興フォトニックプラットフォームである。
窒化ニオブ(NbTiN)超伝導ナノワイヤ単光子検出器(SNSPD)がこの用途に期待できる候補である。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.044073832279181074
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: Lithium niobate-on-insulator (LNOI) is an emerging photonic platform with high potential for scalable quantum information processing due to its strong second-order nonlinearity. However, little progress has been made in developing on-chip single-photon detectors on LNOI. Niobium titanium nitride (NbTiN) superconducting nanowire single-photon detectors (SNSPDs) are a promising candidate for this application. In this work, we use DC reactive magnetron sputtering to grow high-quality NbTiN thin films using an ultra-high vacuum deposition system with a base pressure lower than $2\times 10^{-10}$ mbar. Enabled by the low concentration of background impurities in this system, we investigate the impact of substrate temperature during NbTiN growth. We achieve four nm thick superconducting films with a critical temperature ($T_{c}$) of 12.3 K grown at a substrate temperature of 825 K. We find that the NbTiN films grow in the (111) orientation and evolve from a porous pillar structure when grown at low temperatures to densely packed fibrous grains at higher temperatures. Furthermore, we demonstrate that the increased substrate temperature reduces the oxygen concentration in our films and improves the overall stoichiometry. In addition, we integrate these films with the LNOI platform and investigate the obtained interface quality. Lastly, we fabricate SNSPDs from the NbTiN film on LNOI and characterize the detector performance.
- Abstract（参考訳）: ニオブ酸リチウムイオン絶縁体(Lithium niobate-on-insulator, LNOI)は、2次の強い非線形性のため、スケーラブルな量子情報処理の可能性が高い新興フォトニックプラットフォームである。
しかし、LNOI上のオンチップ単光子検出器の開発にはほとんど進展がなかった。
窒化ニオブ(NbTiN)超伝導ナノワイヤ単光子検出器(SNSPD)がこの用途に期待できる候補である。
本研究では, 直流反応性マグネトロンスパッタ法を用いて, 超高真空蒸着システムを用いて高品質NbTiN薄膜を成長させる。
本システムにおける背景不純物の低濃度化により, NbTiN成長における基板温度の影響について検討した。
825Kの基板温度で成長した12.3Kの臨界温度(T_{c}$)で4nmの厚い超伝導膜を実現し,低温で成長するとNbTiN膜は(111)方向に成長し,高温で高密度に充填された繊維粒へと成長する多孔質柱構造から進化することがわかった。
さらに, 基板温度の上昇は膜中の酸素濃度を減少させ, 全体的な速度論を改善することを実証した。
さらに,これらのフィルムをLNOIプラットフォームに統合し,得られたインタフェース品質について検討する。
最後に,LNOI上のNbTiN膜からSNSPDを作製し,検出器性能を特徴付ける。
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