Elemental technologies to develop single photon detectors having high temperature, high speed and high sensitivity operation

开发高温、高速、高灵敏度单光子探测器的基础技术

• 批准号: 21560455
• 负责人: KUSUNOKI Masanobu
• 金额: $ 2.83万
• 依托单位: Kinki University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2009
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2009 至 2011
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-21560455/
• 关键词: センシングデバイス; 単一光子検出; 高温超伝導; ナノワイヤー; ナノワイヤ

We studied elemental technologies to develop HTS(high temperature superconducting) nano-wire as a key device "single photon detector" for the quantum cryptographic communication. Experiments were carried out using YBa_2Cu_3O_y(YBCO). It was shown that a 200-nm-wide and 25-mm-long nano-wire could be constructed in a 100μm×100μm square by using a 250-turns-meandering configuration. We examined how to suppress superconductivity degradation in the nano-wire during plasma etching processes. Liquid N2 cooling to a sample stage was effective to prevent the degradation from ion bombardments of plasma etching. As a result, superconducting current was observed for a 200-nm-wide and 1-μm-long nano-wire. We also investigated lattice mismatching at a hetero-epitaxial surface between YBCO and single crystal substrate. Then, YBCO thin film with only 20 nm thickness showed critical temperature(T_c) over 80 K. On the other hand, a T_c dependence on the YBCO thickness was examined from 80 nm to 10 nm. It produced a possibility to realize very thin HTS nano-wire with effective thickness less than 10 nm.

研究了高温超导纳米线作为量子密码通信关键器件“单光子探测器”的基本技术。实验采用YBa_2Cu_3O_y（YBCO）材料。结果表明，采用250匝的曲折结构，可以在100μm×100μm的正方形内构建出宽200 nm、长25 mm的纳米线。我们研究了如何在等离子体蚀刻过程中抑制纳米线的超导性退化。液氮冷却样品台是有效的，以防止从等离子体蚀刻的离子轰击退化。结果，在200 nm宽、1 μ m长的纳米线上观察到超导电流。我们还研究了YBCO和单晶衬底之间的异质外延表面的晶格失配。厚度仅为20 nm的YBCO薄膜的临界温度（Tc）超过80 K。另一方面，在80 ~ 10 nm范围内，研究了YBCO薄膜的T_c随厚度的变化。这为实现有效厚度小于10 nm的极细高温超导纳米线提供了可能。

项目成果

光/超伝導変換デバイスの感度向上を目的とした極薄高温超伝導膜の作製法の研究

提高光/超导转换器件灵敏度的超薄高温超导薄膜制备方法研究

• 期刊: 電気学会論文誌C
• 作者: 伊藤大介;小谷克己;三宅智貴;西川博昭;本津茂樹;楠正暢
• 通讯作者: 楠正暢

光キャビティ付超伝導ナノワイヤ単一光子検出器の開発I

光腔超导纳米线单光子探测器研制

• 发表时间: 2009
• 作者: 三木茂人;武田正典;藤原幹生;佐々木雅英;王鎮
• 通讯作者: 王鎮

酸化物超伝導薄膜のダメージレスナノ加工プロセスの検討

氧化物超导薄膜无损伤纳米加工工艺研究

• 发表时间: 2010
• 作者: 高橋晋也;馬場康仁;楠正暢;西川博昭;本津茂樹
• 通讯作者: 本津茂樹

Compact packaging of optical cavity structured SNSPDs with highoptical coupling efficiency

具有高光耦合效率的光腔结构 SNSPD 的紧凑封装

• 发表时间: 2009
• 作者: 三木茂人;武田正典;藤原幹生;佐々木雅英;王鎮;三木茂人;S.Mik
• 通讯作者: S.Mik

奨励賞受賞馬場康仁,高橋晋也,楠正暢,西川博昭,本津茂樹;酸化物超伝導薄膜のダメージレスナノ加工プロセスの検討,電気関係学会関西支部連合大会2009年11月7日,大阪大学

鼓励奖获得者 Yasuhito Baba、Shinya Takahashi、Masanobu Kusunoki、Hiroaki Nishikawa、Shigeki Honzu；氧化物超导薄膜无损纳米加工工艺研究，电气相关协会关西分会联合会会议，2009 年 11 月 7 日，大阪大学