Статистика фотоотсчетов сверхпроводникового однофотонного детектора из трехслойной пленки WSi

Abstract

Сверхпроводниковые однофотонные детекторы (SNSPD) успешно применяются в квантовой оптике, когда требуется рекордное временное разрешение, высокое быстродействие и рекордно низкий уровень темнового счета (ложных срабатываний). Однако эффективность детектирования SNSPD ограничена коэффициентом поглощения излучения ультратонкой пленкой сверхпроводника. Один из перспективных способов увеличить поглощение в детекторе, не ограничивая его широкополосности, — изготовить детектор в виде нескольких слоев, расположенных друг над другом, и соединить их параллельно. Нами впервые исследовано однофотонное детектирование в многослойной структуре, состоящей из трех сверхпроводящих слоев аморфного силицида вольфрама (WSi), разделенных тонкими слоями аморфного кремния. Продемонстрированы два режима работы детектора: режим лавины (avalanche regime) и триггерный (arm-trigger regime) режим, а также определено, что смена режимов происходит в интервале токов ~ 0,5–0,6 от критического тока детектора.

Надпровідникові однофотонні детектори (SNSPD) успішно застосовуються в квантовій оптиці, коли потрібна рекордна часова роздільність, висока швидкодія і рекордно низький рівень темнових відліків (помилкових спрацьовувань). Однак ефективність детектування SNSPD обмежена коефіцієнтом поглинання випромінювання ультратонкою плівкою надпровідника. Один з перспективних способів збільшити поглинання в детекторі, не обмежуючи його широкосмуговості, — виготовити детектор у вигляді декількох шарів, розташованих один над одним, і з'єднати їх паралельно. Нами вперше досліджено однофотонне детектування в багатошаровій структурі, що складається з трьох надпровідних шарів аморфного силіциду вольфраму (WSi), що розділені тонкими шарами аморфного кремнію. Продемонстровано два режими роботи детектора: режим лавини (avalanche regime) та тригерний (arm-trigger regime) режим, а також визначено, що зміна режимів відбувається в інтервалі струмів ~ 0,5–0,6 від критичного струму детектора

Superconducting nanowire single-photon detectors (SNSPD) are successfully used in quantum optics, when a record-breaking time resolution, high speed and record low level of dark counts are required. However, the SNSPD detection efficiency is limited by the absorption coefficient of the radiation by the ultrathin superconducting film. One of the promising ways to increase the absorption in the detector without limiting its broadband is to make the detector in the form of several vertically stacked layers and connecting them in parallel. For the first time, we studied single-photon detection in a multilayer structure consisting of three superconducting layers of amorphous tungsten silicide (WSi) separated by thin layers of amorphous silicon. We demonstrated two modes of operation of the detector: the avalanche regime and the arm-trigger regime, and determined that the regime change occurs in the bias current range of ~ 0.5-0.6 of the detector superconducting critical current.