中国科学院上海微系统与信息技术研究所研究员尤立星团队利用无损介质镜面结合三明治结构超导纳米线，实现了NbN材料超导纳米线单光子器件（SNSPD）98%的探测效率，再次创造了NbN SNSPD探测效率的新纪录。

100%系统探测效率（SDE）是单光子探测器发展的最终目标，在量子基础理论验证和量子信息科技中具有应用价值。对SNSPD来说，实现100%效率的关键难点在于，需同时实现接近100%的本征探测效率和吸收效率。由于二者之间的纠缠制衡关系，相比于其他低Tc的超导材料（如WSi），高Tc的NbN材料SNSPD实现高SDE的难度更大。

近期，经过系统分析，研究团队提出了无损介质镜面加三明治超导纳米线的器件架构，再次打破了NbN SNSPD器件的本征探测响应和光学吸收效率的制衡关系，实现了两者的同时提升。

在0.8 K工作温度，1590 nm波长时，系统效率能够达到98%；在1530-1630 nm波长范围内，系统效率超过95%。该类型的探测器还显示出对多种参数的鲁棒性，例如，在2.1 K温度下，同一批次制造的45个探测器，SDE大于80%（90%）的产率达73%（36%），对批量生产及商业化应用具有实际意义。

图1 （a）器件架构示意图；（b）传统单层纳米线与本文中的三明治结构纳米线；（c）器件光子响应和光学吸收的制衡关系

图2 （a）器件效率随偏置电流变化关系；（b）器件在不同波段下的探测效率和仿真结果

文章来源：http://www.sim.cas.cn/xwzx2016/kyjz/202011/t20201120_5756161.html
论文链接：

https://www.osapublishing.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-28-24-36884&id=442797

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