二ホウ化マグネシウム超伝導単一光子検出器の高性能化

提高二硼化镁超导单光子探测器的性能

• 批准号: 21K04170
• 负责人: 柴田 浩行
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: Kitami Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K04170/
• 关键词: 単一光子検出器; 二ホウ化マグネシウム; SNSPD; SSPD; ヘリウムイオン顕微鏡; 超伝導単一光子検出器

超伝導ナノストリップを用いた単一光子検出器（SNSPD、SSPD）は、量子暗号通信など様々な先進的技術の発展に不可欠な検出器であるが、動作温度は3K以下と低く、動作温度は100MHz程度に留まる。SNSPDは通常、超伝導材料に窒化ニオブ（NbN）またはタングステンシリサイド（WSi）を用いる。申請者は以前、二ホウ化マグネシウム（MgB2）を用いたSNSPDを初めて実現した。MgB2-SNSPDは11Kで動作可能で、動作速度はNbN-SNSPDより10倍以上高速であるが、検出効率が大幅に低い。本研究ではMgB2-SNSPDの性能向上を目指している。今年度は、12月まで特性評価用のHe冷凍機が故障していたため、薄膜成長および微細加工を中心に進めた。MgB2極薄膜成長では、MBE成長速度を15nm/minから7.5nm/minに削減することにより再現性を向上した。ナノ微細加工は、通常の電子線描画に加えてHeイオン顕微鏡を用いた微細加工・追加工についても検討しているが、装置が年間を通じてメンテナンス中で試作できなかった。最近、高品質なミクロン幅の超伝導細線を用いた単一光子検出器（SMSPD)が報告された。MgB2は細線断面積の減少と共にTcが大幅に低下するため、細線断面積の大きなMgB2-SMSPDが実現できれば加工性の向上および高性能化が期待できる。今回、従来型超伝導体を用いたSMSPDを試作して単一光子検出可能であることを確認し、現在、MgB2-SMSPDの作製と追加工による性能向上を進めている。

The superconductor uses the one-photon transmitter (SNSPD, SSPD), the quantum code communication technology, the advanced technology exhibition, the operating temperature below 3K, the operating temperature below 3K, and the operating temperature below 3K. The operating temperature is sensitive to 100MHz. SNSPD is usually used as a superconductive material for smothering (NbN). This is not true. This is due to the use of WSi. Applicants are required to use the SNSPD to obtain information before and after the application (MgB2). The MgB2-SNSPD "11K" action is possible, the action speed "NbN-SNSPD" is more than 10 times higher, and the "output rate" is significantly "low". In this study, the performance of "MgB2-SNSPD" is improved. In this year and December, the performance of this year will be improved by the use of He cooling machine failure and film growth micro-machining center. MgB2 film growth rate, MBE growth rate, 15nm/min growth rate, 7.5nm/min growth rate, growth rate and growth rate. In the system of micro-machining, usually the He micro-machine is used to trace the micro-processing equipment, and the equipment is used for many years in the manufacturing industry. Recently, high-quality products have been reported using the one-Photon Exponent (SMSPD). The total number of MgB2 cross-sectional areas is much lower than that of the normal cross-section, while the high-performance cross-section of the MgB2 is expected to improve the processability and improve the performance. This time, the incoming SMSPD device is used as a photon to make sure that it is possible to make sure that it is possible to improve the performance of the MgB2-SMSPD system.

项目成果

6チャンネル超伝導単一光子検出器の作製

6通道超导单光子探测器的制作

• 发表时间: 2022
• 作者: 沢井昂平;西川真衣;大西広;中野和佳子;松尾保孝;柴田浩行
• 通讯作者: 柴田浩行

MoN超伝導単一光子検出器の作製および高光吸収効率設計

MoN超导单光子探测器的制备及高光吸收效率设计

• 发表时间: 2021
• 作者: 西川真衣;沢井昂平;境健斗;大西広;中野和佳子;松尾保孝;柴田浩行
• 通讯作者: 柴田浩行

Si waveguide-integrated superconducting nanowire single photon detectors with arrayed waveguide grating

• DOI: 10.1117/12.2595902
• 发表时间: 2021-08
• 作者: Kyotaro Ono;T. Hiraki;T. Tsuchizawa;K. Yamada;S. Matsuo;D. Sakai;Hiroyuki Shibata

Fabrication of Superconducting Nanowire Single-Photon Detectors Using MoN

使用 MoN 制造超导纳米线单光子探测器

• DOI: 10.1109/tasc.2022.3144967
• 发表时间: 2022
• 期刊: IEEE Transactions on Applied Superconductivity
• 影响因子: 1.8
• 作者: Nishikawa M.;Sawai K.;Sakai K.;Kirigane N.;Ohnishi K.;Nakano W.;Matsuo Y.;Shibata H.
• 通讯作者: Shibata H.

超伝導マイクロストリップ光子検出器（SMSPD）の作製

超导微带光子探测器（SMSPD）的制造

• 发表时间: 2023
• 作者: 十鳥聡太;細井浩貴;松尾保孝;シェン・ペン;柴田浩行
• 通讯作者: 柴田浩行