論文の概要: Hybrid Ferromagnet-SNSPDs: Single photon induced order-to-disorder transition in ferromagnets coupled to thin film superconductors

• arxiv url: http://arxiv.org/abs/2606.17177v2
• Date: Sat, 20 Jun 2026 16:28:42 GMT
• ステータス: 翻訳完了
• システム内更新日: 2026-06-24 22:16:48.217152
• Title: Hybrid Ferromagnet-SNSPDs: Single photon induced order-to-disorder transition in ferromagnets coupled to thin film superconductors
• Title（参考訳）: ハイブリッド強磁性体-SNSPD:薄膜超伝導体に結合した強磁性体における単一光子誘起秩序-秩序-秩序遷移
• Authors: Leif Bauer, Daien He, Sathwik Bharadwaj, Zubin Jacob,
• Abstract要約: 既存のセンサーは暗騒音を減らすために極低温で操作する必要がある。 強磁性体/超伝導二層膜におけるハイブリッド相転移に基づく渦工学手法を提案する。 動作温度は3.25-3.75Kまで上昇し,より単純な冷却システムを実現する。
• 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.5249805590164902
• License: http://arxiv.org/licenses/nonexclusive-distrib/1.0/
• Abstract: The development of midwave and longwave infrared single photon detectors is crucial for their emerging applications in spectroscopy, remote sensing, exoplanet detection, and free space quantum communications. However, existing sensors need to be operated at extremely low temperatures (0.08-0.9K) to reduce dark noise and hence require the use of advanced cryogenics such as dilution refrigerators or $^3$He cryogens, significantly limiting applications. Here we propose a vortex-engineering approach based on a hybrid phase transition in a ferromagnet/superconductor bilayer to increase the operating temperature of infrared single photon detectors up to 3.75K. We show that the introduction of a ferromagnetic layer produces a local magnetic field which impedes vortex crossing in the superconductor, reducing dark noise. When a single photon is incident, the photon-induced hotspot causes an order-to-disorder transition in the ferromagnet, leading to a vortex-induced phase transition in the superconducting layer. By engineering the ferromagnet's Curie temperature to be close to the device's operating temperature, single photon sensitivity can be achieved at increased operating temperatures. We predict at midwave/longwave infrared wavelengths (3-14$μ$m) the operating temperature can be raised to 3.25-3.75K, enabling significantly simpler cooling systems.
• Abstract（参考訳）: 可視光、リモートセンシング、外惑星検出、自由空間量子通信における新しい応用のためには、中波および長波赤外線単光子検出器の開発が不可欠である。 しかし、暗騒音を低減させるため、既存のセンサーを極低温 (0.08-0.9K) で操作する必要があるため、希釈冷凍機や3ドルHeの低温発生器のような先進的な低温発生器を使う必要があり、応用は著しく制限される。 本稿では、強磁性体/超伝導体二層膜のハイブリッド相転移に基づく渦工学的手法を提案し、赤外線光子検出器の動作温度を3.75Kまで上昇させる。 強磁性層の導入は超伝導体における渦交差を阻害する局所磁場を発生させ、暗騒音を低減させることを示す。 単一光子が入射すると、光子誘起ホットスポットは強磁性体において秩序-秩序の遷移を引き起こし、超伝導層における渦誘起相転移を引き起こす。 フェロマグネットのキュリー温度を装置の動作温度に近づくようにエンジニアリングすることで、単一の光子の感度を高い動作温度で達成することができる。 動作温度は3.25-3.75Kまで上昇し,より単純な冷却システムを実現する。

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