用于超导纳米线单光子探测的过渡金属硒化物超导薄膜生长及器件研究
批准号:
62101240
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
王昊
依托单位:
学科分类:
物理电子学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
王昊
中文摘要
超导纳米线单光子探测器(SNSPD)是一种新兴的单光子探测技术,已在通信、量子信息、光谱学等领域广泛应用。超导薄膜是SNSPD的最关键组成部分,决定了探测器的根本性能。目前常用的薄膜(NbN、MoSi等)仍存在均匀度差无法制备大阵列器件、稳定性差导致工艺复杂和高成本、超导能隙大难以对中红外光子响应等缺点。因此,新型超导薄膜的开发及其器件研制对SNSPD发展至关重要,也是目前信息领域研究的前沿热点与难点。本项目拟采用拓扑化学转化策略开发过渡金属硒化物薄膜,结合理论计算和原位表征技术探究材料的横向/纵向生长机理;通过表/界面工程系统探究薄膜超导性质的调控机制;结合数值仿真和工艺优化研制基于过渡金属硒化物超导薄膜的SNSPD器件。最终,本项目将实现过渡金属硒化物薄膜的可控生长,并研制出基于新材料的SNSPD器件,为设计和研制新型SNSPD器件提供思路。
英文摘要
Superconductor nanowire single photon detector (SNSPD) as a burgeoning single photon detection technology has been widely applied in communication, quantum information, spectroscopy and other fields. Superconducting thin film is the most critical component of SNSPD, which determines the fundamental performance of device. At present, the widely used superconducting films, e.g., NbN and MoSi, remains some disadvantages, including poor uniformity that hinders the fabrication of large-array device, chemical instability that increases the fabrication complexity and cost, and wide superconducting gaps that exhibits little response to mid-infrared photons. Thus, the exploitation of novel superconducting thin films and their devices is of great importance to the development of SNSPD, which is also the hot spot and difficult point in the information field research. This project uses topochemical transformation strategy to develop transition metal selenide (TMS) thin films, combines theoretical calculation and operando characterizations to study the lateral/vertical growth mechanism of TMS thin films, uses surface/interface engineering to systematically investigate the regulatory mechanism of the superconducting properties of TMS thin films, combines numerical simulation and process optimization to fabricate TMS-based SNSPD. Overall, this project will achieve the controllable growth of TMS thin films and the fabrication of TMS-based SNSPD, which provides ideas for the design and development of new SNSPDs.
本项目围绕低超导能隙过渡金属硒化物进行系统深入的材料与器件研究,首先开发了一种范德华自外延生长策略,实现了英寸级二硒化铌(NbSe2)超导薄膜的精准生长,解决了衬底外延依赖和厚度调控难题,为研制器件提供材料基础;发展了一种拓扑化学转化策略,实现了NbSe2纳米线器件的无损加工,解决了超导薄膜材料在图案化加工过程的退化问题,制备出高超流回滞比纳米线器件,为SNSPD提升探测效率和拓宽响应波段提供新选择。此外,本研究系统梳理了SNSPD器件响应过程的声子作用机制,为优化器件性能以及开发新型器件提供指导;基于材料结构优化和器件结构设计研制出多款高性能SNSPD。总而言之,本研究围绕材料与器件取得一系列系统创新成果,为理清SNSPD响应机制、拓宽器件响应波段提供支撑,有效推动了SNSPD技术革新,为发展中远红外单光子探测技术提供指导。基于以上研究,在Nature Communications, Nano Letters等期刊发表论文12篇,申请发明专利3项,完成了项目预期研究目标和成果。
关联数据驱动下我国非遗文本的语义解析与人文计算研究
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批准号:72074108
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项目类别:面上项目
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资助金额:48.0万元
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批准年份:2020
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负责人:王昊
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依托单位:
面向学术资源的TSD与TDC测度及分析研究
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批准号:71503121
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项目类别:青年科学基金项目
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资助金额:17.0万元
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批准年份:2015
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负责人:王昊
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依托单位:
国内基金
海外基金