close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Однофотонные детекторы из тонких сверхпроводящих пленок NbN и -MoSi....pdf

код для вставкиСкачать
?а правах рукописи
??Р???? ?лександр ?лександрович
?днофотонные детекторы видимого и инфракрасного диапазонов
из тонких сверхпроводящих пленок ??? и
Специальность? ???????? ? оптика
автореферат
диссертации на соискание уч?ной степени
доктора физико?математических наук
?осква ? ????
??????
Работа выполнена на кафедре общей и экспериментальной физики
Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения
высшего профессионального образования ??осковский педагогический
государственный университет? ??П?У?
?аучный консультант?
доктор физ??мат? наук? профессор
???ЬЦ??? ?ригорий ?аумович
заведующий кафедрой общей и эксперимен?
тальной физики ?осковского педагогиче?
ского государственного университета
?фициальные оппоненты?
доктор физ??мат? наук? доцент
??Т???? ?алия Хасановна?
ведущий
ры
ского
научный
квантовой
сотрудник
электроники
государственного
кафед?
?осков?
университета
им? ???? ?омоносова?
доктор физ??мат? наук? профессор
ПУ????? ?ладимир ?оисеевич?
зав? ?абораторией сильно коррелированных
электронных систем Физического института
им? П??? ?ебедева Р???
доктор физ??мат? наук? профессор
РЯ????? ?алерий ?ладимирович?
зав? ?абораторией сверхпроводимости ?н?
ститута физики твердого тела Р??
?едущая организация?
Федеральное
государственное
бюджетное
учреждение науки ?нститут физики микро?
структур Российской академии наук
?ащита диссертации состоится ?? мая ???? г? в ?? ч? ?? мин? на заседании дис?
сертационного совета ? ?????????? при Федеральном государственном бюд?
жетном учреждении науки ?нститут спектроскопии Российской академии
наук ??С??? по адресу? ??????? г? ?осква? г? Троицк? ул? Физическая? д? ??
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ?нститута спектроскопии
и на сайте ?С?? по адресу? ?tt?????s???tr??ts??r??r????ss?s???t?????
?тзывы на автореферат ?два заверенных экземпляра? просим направлять на
адрес диссертационного совета?
?втореферат разослан ?
?
???? года?
Уч?ный секретарь диссертационного совета
кандидат физ??мат? наук
?аримуллин ??Р?
?бщая характеристика работы
?иссертационная работа посвящена экспериментальному и теоретиче?
скому исследованию эффекта однофотонного детектирования в узких сверх?
проводящих полосках на основе ультратонких пленок? который был в ???? г?
предложен автором настоящей диссертации в ???? и в том же году был обна?
ружен экспериментально в ???? ? это время и началась работа над исследова?
нием?
определяется получением принципиаль?
но новых знаний о взаимодействии фотона видимого или ?? диапазонов из?
лучения со сверхпроводниковыми наноструктурами? Полученные в данном
исследовании знания о механизме однофотонного детектирования в ультра?
тонких сверхпроводниковых пленках привели к разработке чувствительных
и быстродействующих однофотонных детекторов видимого и ?? диапазонов?
? моменту открытия эффекта детектирования фотонов в сверхпровод?
никовых полосках однофотонные детекторы разных типов уже имели широ?
кое практическое применение? ????? технологии для дистанционного зон?
дирования атомарного кислорода в мезосфере и низкой термосфере? созда?
ние лабораторных установок время?пролетного зондирования и сканирова?
ния? основанных на счете коррелированных во времени фотонов? исследо?
вание сверхслабой биохемилюминесценции? секвенирование ???? изучение
сворачиваемости белковых молекул методом флуоресцентной спектроскопии?
оптическая рефлектометрия во временном домене? пикосекундный анализ ин?
тегральных схем? спектроскопия одиночных молекул? традиционная и кван?
товая метрология?
?дной из главных движущих сил дальнейшего развития исследований
однофотонных детекторов стала квантовая информатика? включающая коди?
рование? связь? манипулирование? измерение информации с использованием
квантовомеханических объектов? которая стимулировала интерес к исследо?
ванию и конструированию схем обработки и передачи информации кванто?
выми устройствами ?квантовые компьютеры и квантовокриптографические
каналы связи?? ?ткрытие и множество разработок полупроводниковых од?
ноквантовых генераторов на квантовых точках? генераторов фотонных пар
дали новый толчок развитию работ в этом направлении? ?днофотонные де?
текторы являются ключевым элементом подобных систем?
?щ? одно направление? требующее использования однофотонных детек?
торов ? обнаружение слабых и? одновременно? быстропротекающих процес?
сов? Такие процессы наблюдаются при срабатывании каждого транзистора
интегральной микросхемы? выполненной по ???П технологии? который ис?
пускает всего несколько квантов света в течении времени переключения ? от
?? пс до ??? пс? ?аксимум спектральной плотности излучения после прохож?
?ктуальность исследования
?
дения через ?? подложку микросхемы приходится на длину волны ??? мкм и
наблюдается тенденция к его смещению в область больших длин волн для
новых микропроцессорных структур? ?дин из современных методов анализа
работы микросхем основан на изучении интенсивности и точного определе?
ния времени возникновения излучения? исходящего от каждого отдельного
транзистора? ?менно эта задача была одним из движущих факторов и ис?
точником финансирования на ранних этапах работы автора над детектором
??P??
Перечисленные применения требуют разработки однофотонных детекто?
ров с такими предельными характеристиками? как высокая чувствительность
к излучению? высокое быстродействие? а также высокая точность в опреде?
лении момента прихода фотона?
Цель работы?исследование процессов взаимодействия одиночных фо?
тонов видимого и инфракрасного диапазонов? приводящих к возникнове?
нию резистивного состояния в тонких разупорядоченных сверхпроводнико?
вых пленках нитрида ниобия ?????? а также в аморфных пленках силицида
молибдена ??????? создание высокочувствительного и быстродействующего
однофотонного детектора на основе результатов проведенного исследования?
оптимизация разработанного детектора для практических применений?
?ля реализации этой цели были поставлены следующие задачи?
?? ?зучить процессы подавления сверхпроводимости в тонких сильно
разупорядоченных пленках нитрида ниобия ????? и силицида молибде?
на ?????? при поглощении одиночных фотонов видимого и инфракрас?
ного диапазонов? объяснить механизм возникновения резистивного со?
стояния в сверхпроводящих полосках шириной ???? нм из этих пленок
после поглощения фотона? приводящий к возникновению фотооклика с
детектора?
?? ?сследовать природу спонтанного возникновения резистивного состоя?
ния в сверхпроводящих полосках шириной ???? нм? являющегося при?
чиной темнового счета детектора?
?? Разработать на основе полученных результатов практический однофо?
тонный детектор видимого и инфракрасного диапазонов? выявить фи?
зические факторы? определяющие характеристики детектора?
?? Продемонстрировать практическое применение детектора? для нераз?
рушающей диагностики сверхбольших интегральных микросхем? для
разрешения числа фотонов? для регистрации нейтральных молекул и
низкоэнергичных ионов? в практической двухканальной системе реги?
страции одиночных фотонов?
?бъектами исследования были выбраны?
?? ?аноструктуры из пл?нки ??? толщиной ???? нм как в виде пря?
мых полосок шириной ??????? нм? так и изогнутых в форме меанд?
?
ра? покрывающего квадратную площадку размером от ? мкм Ч ? мкм
до ?? мкм Ч ?? мкм?
?? ?аноструктуры из пл?нки ??? толщиной ? нм в виде параллель?
но соедин?нных сверхпроводящих полосок? шириной ??????? нм с за?
зором между полосками около ??? нм? площадью ? мкм Ч ? мкм? или
?? мкм Ч ?? мкм?
?? ?аноструктуры из аморфной пл?нки ???? толщиной ? нм в виде по?
лоски шириной ???? нм? изогнутой в форме меандра? покрывающего
квадратную площадку размером от ? мкм Ч ? мкм до ?? мкм Ч ?? мкм?
Предметом исследования являлись эффекты формирования рези?
стивного состояния в тонких разупорядоченных сверхпроводниковых плен?
ках и наноструктурах на их основе при поглощении фотонов видимого и ин?
фракрасного диапазонов? создание однофотонного детектора? пригодного для
практических применений? и определение его характеристик?
? работе использовались следующие методы? технологические?
экспериментальные? статистические? Технологические методы включали в
себя метод магнетронного распыления? электронно?лучевого и резистивного
осаждения тонких пленок и слоев? электронно?лучевую литорафию и фото?
литографию? метод плазмохимического? химического и ионного травления?
?ля экспериментального исследования взаимодействия одиночных фото?
нов со сверхпроводящими пленками автором были разработаны ряд методов?
либо были модифицированы уже применявшиеся ранее для измерения харак?
теристик традиционных типов однофотонных детекторов ??Ф? и ФЭУ?? ?
частности? были разработаны методы измерения квантовой эффективности
детектирования фотонов? метод измерения вероятности возникновения рези?
стивного состояния при отсутствии фотонов и связанный с ним метод изме?
рения скорости темнового счета детектора? метод измерения быстродействия
и метод измерения временной нестабильности возникновения фотоотклика
?временной джиттер??
?ля анализа экспериментальных данных о взаимодействии фотонов со
сверхпроводящими пленками использовались статистические методы?
?овые научные результаты? полученные в ходе выполнения работы?
?? ?первые предложен и обнаружен новый эффект однофотонного детек?
тирования в полосках шириной ???? нм из разупорядоченных тонких
сверхпроводящих пленок при температуре T ? значительно ниже крити?
ческой Tc ? но при наличии транспортного тока I ? близкого к экспери?
ментальному критическому току Ic ?
?? ?первые показано? что уменьшение толщины пленки ??? с ?? нм до
??? нм приводит к увеличению квантовой эффективности на порядок
в видимом диапазоне и на два порядка в инфракрасном диапазоне на
длине волны ??? мкм?
?
?? ?первые обнаружен однофотонный отклик в сверхпроводящих полос?
ках шириной ??? нм из аморфной пленки ???? толщиной ? нм на длине
волны ???? нм? Показано? что механизм отклика в пленках ???? анало?
гичен механизму в пленках ????
?? ?первые экспериментально продемонстрирована слабая зависимость
фотоотсчетов от магнитного поля в ??? и ???? нанополосках на корот?
ких длинах волн ?????? нм?? что подтверждает правильность вихревой
модели горячего пятна? ?первые на зависимости скорости счета фо?
тонов от тока обнаружен пороговый ток? выше которого фотоотсчеты
уменьшаются с ростом магнитного поля? Подтверждена роль флуктуа?
ционных вихрей в возникновении спонтанных ?темновых? отсчетов для
??? и ???? сверхпроводящих детекторов? ?первые установлены раз?
личия в механизмах спонтанного ?темновые отсчеты? и фотоиндуциро?
ванного формирования резистивного состояния?
?? ?первые показано? что вероятность спонтанного возникновения рези?
стивного состояния? определяющая темновой счет детектора? вблизи
критического тока экспоненциально растет с ростом тока? ?инимально
измеренная скорость темнового счета ??? детектора составляет 2Ч10?4
отсчетов в секунду при токе ??? от экспериментального значения кри?
тического тока?
?? ?первые выяснен вклад процессов проскальзывания фазы? макроско?
пического квантового туннелирования и термических флуктуаций в
процессы возникновения спонтанного резистивного состояния в узких
сверхпроводящих полосках с током? близким к критическому? в широ?
ком диапазоне температур ниже Tc ? ?ыяснен вклад этих процессов в
скорость темнового счета детектора?
?? ?первые продемонстрирован новый тип детектора? разрешающего чис?
ло одновременно поглощенных фотонов? представляющий собой N па?
раллельно соединенный узких сверхпроводящих полосок? Показано? что
амплитуда фотоотклика такого детектора зависит от количества одно?
временно поглощенных фотонов в различных полосках?
?? ?первые показано? что при бомбардировке сверхпроводящей полос?
ки тяжелыми нейтральными молекулами с минимальной кинетической
энергией в диапазоне ??????? мэ?? а также ионами гелия с энергией
???? э? полоска переходит в резистивное состояние? ?ыяснено? чем
определяется квантовая эффективность такого процесса?
работы состоит в том? что результаты ис?
следования привели к созданию нового типа однофотонного детектора види?
мого и ?? диапазона ? сверхпроводникового однофотонного детектора ?от
англ? ????r??????t??? ?????? P??t?? ??t??t?r ???P???? ?лагодаря высоким
характеристикам? превосходящим ?Ф? и ФЭУ? детектор нашел применение
Практическая значимость
?
в целом ряде областей квантовой оптики? таких? как исследование однофо?
тонных источников и квантовая криптография? Этот детектор был успешно
коммерциализован? и в настоящее время однофотонные приемные системы
на основе ??P? используются в ведущих лабораториях и исследовательских
центрах России? СШ?? ?вропы? ?итая и Японии?
?а защиту выносятся следующие положения?
?? Поглощение оптического?инфракрасного фотона в сверхпроводящей
полоске шириной ??????? нм из пленки нитрида ниобия ??? толщиной
?????? нм при температуре значительно ниже критической? в которой
течет транспортный ток? близкий к критическому? приводит к разруше?
нию куперовских пар и формированию лавины квазичастиц на масшта?
бах времени порядка времени термализации? которое составляет ? пс
для ???? ? результате этого образуется область с подавленной сверх?
проводимостью? ?горячее пятно?? которое за счет диффузии неравно?
весных квазичастиц разрастается за время термализации до размеров?
зависящих от энергии падающего фотона и материала сверхпроводни?
ка? но значительно меньших ширины полоски? После этого пленка не
может переносить заданный транспортный ток и локально становится
резистивной?
?? Уменьшение толщины пленки ??? с ?? нм до ??? нм приводит к уве?
личению квантовой эффективности на порядок в видимом диапазоне и
на два порядка в инфракрасном диапазоне на длине волны ??? мкм?
?? ?нешнее магнитное поле небольшой величины µ0 H 6 70 мТл оказывает
слабое влияние на скорость счета фотонов в ??? и ????x ??1?x однофо?
тонных детекторах в диапазоне длин волн ???????? нм? С увеличением
магнитного поля µ0 H > 70 мТл зависимость скорости счета фотонов
смещается в направлении малых токов и этот сдвиг тем меньше? чем
выше энергия фотона? что подтверждается вихревой моделью горячего
пятна?
?? ? полосках шириной ??????? нм из сверхпроводящего аморфного сили?
цида молибдена ????x ??1?x толщиной ? нм? находящегося при темпера?
туре ниже критической и с транспортным током? близким к критиче?
скому? при поглощении одиночных фотонов видимого и инфракрасного
диапазонов возникает резистивное состояние аналогичное? наблюдаемо?
му в ????
?? ?ероятность спонтанного возникновения резистивного состояния? опре?
деляющая темновой счет детектора? вблизи критического тока экспо?
ненциально растет с ростом тока? ?инимально измеренная скорость
темнового счета составляет ?х???4 отсчетов в секунду при токе детек?
тора ??? от экспериментального значения критического тока?
?? ? полосках шириной ??? нм из пленки ??? толщиной ? нм обнаружено
?
три способа перехода из сверхпроводящего состояния в резистивное в
непосредственной близости от экспериментально измеряемого критиче?
ского тока?
? при высокой температуре ???? ? и выше? доминирует многократное
проскальзывание фазы?
? с понижением температуры ?в интервале ??? ? ??? ?? начинает пре?
обладать однократное проскальзывание фазы?
? при низкой температуре ?ниже ??? ?? наблюдается макроскопиче?
ское квантовое туннелирование?
?? Разрешение числа одновременно поглощенных фотонов наблюдается в
структуре из N параллельно соединенных сверхпроводящих полосок?
охлажденных до температуры ниже критической и смещенных током?
близким к критическому? поскольку? при одновременном поглощении
нескольких одиночных фотонов в различных полосках амплитуда им?
пульса фотоотклика зависит от количества полосок? одновременно пе?
решедших в резистивное состояние?
?? ? сверхпроводящей ??? полоске шириной ??? нм? охлажденной до тем?
пературы T ? ниже критической Tc ? и смещенной током I ? близким к кри?
тическому? сверхпроводимость разрушается при бомбардировке одиноч?
ными электрически нейтральными тяжелыми молекулами с минималь?
ной кинетической энергией в диапазоне ??? ? ??? мэ?? а также ионами
гелия с энергией ???? э?? Эффективность передачи энергии от частиц
в электронную подсистему сверхпроводника определяется качеством и
чистотой поверхности сверхпроводника и монотонно падает в процессе
бомбардировки вследствие налипания молекул или атомов на поверх?
ность?
обеспечивается использо?
ванием современного поверенного научно?измерительного оборудования и ап?
паратуры? согласием результатов настоящего исследования с результатами
похожих исследований? выполненных позже в других лидирующих мировых
лабораториях? в том числе? и в рамках совместных работ? а также создани?
ем практических приборов и устройств на основе полученных в настоящем
исследовании результатов?
?остоверность полученных результатов
?пробация результатов
Результаты исследований? изложенные в диссертации? докладывались на
следующих конференциях? ??????? ????r??????t???t? ?????r????? СШ? ? с
???? по ???? гг? ??r????? ?????r???? ?? ??????? ????r??????t???t? ? с ????
по ???? гг? ?P?? ??t??s???t?????tr????s? Pr????? ????? ???????? ? с ???? по
???? гг? симпозиумы ??анофизика и наноэлектроника?? ?ижний ?овгород?
Россия ? с ???? по ???? гг? ???r?r?? ??? ???????t?r ????s ?????r????? ??r???? ??
??????? ???????? ??s??r?? ??r?s??? ????????t??s ?? ????tr???? ????s?st??s?
?
Санкт?Петербург? Россия ??????? ??? ?r? ??t?r??t????? ?????r???? ?? ????t???
????t?? ?r??t??r???? ??? ?????????t???s? Токио? Япония ??????? ?ежду?
народная конференция ?Фундаментальные основы лазерных микро? и нано?
технологий Санкт?Петербург? Россия ??????? ??? ?t? ??t?r??t????? ?????r????
?? P??t????s? ??????s ??? ??st??? Прага? Чехия ??????? ??? ?????? ?????r????
?? ????t?? ?r??t??r????? ???????r?? ???t????r ?????? ??????? ?????? P??t??
??r?s???? ??????? ???t??r????? ???? ????? ?????? и др?
Публикации
По результатам проведенных исследований опубликовано ?? работы? из ко?
торых? все ?? ? статьи в журналах? входящих в Перечень изданий? рекомен?
дованных ??? ?инобразования и науки РФ? а также ?? докладов на меж?
дународных и российских конференциях с публикацией тезисов докладов?
?бъ?м и структура диссертации
Работа состоит из введения? шести глав? заключения? списка публикаций ав?
тора и литературы? ?бъем работы составляет ??? страниц? включая ?? ри?
сунков и ?? таблиц? ?иблиография включает ??? наименований?
?сновное содержание работы
?о ?ведении сформулирована цель и задачи диссертационной работы?
обоснована е? актуальность? представлены защищаемые положения? научная
новизна? выбор объектов и методов исследования? описана практическая зна?
чимость работы? изложена структура и приведено краткое содержание дис?
сертации?
? ?лаве ? представлен обзор состояния исследований в мире по теме
диссертации на момент начала работы автором над настоящим диссертаци?
онным исследованием?
? разделе ??? приводится обзор по теории и экспериментальным данным?
существовавшим к моменту начала работы над диссертационным исследова?
нием? о процессе электронного разогрева в тонких сверхпроводящих пленках?
а также рассматривается вопрос о релаксации энергии одиночного фотона в
тонкой металлической пленке? находящейся в нормальном состоянии?
Эффект электронного разогрева может быть реализован в тонких неупо?
рядоченных сверхпроводниковых пленках? для которых толщина пленки мно?
го меньше тепловой диффузионной длины? на масштабе которой электро?
ны теряют когерентность в результате теплового размытия их энергии? ?
таких пленках с малой длиной свободного пробега энергия падающего из?
лучения поглощается электронной подсистемой и распределяется по ней за
счет электрон?электронного взаимодействия в течение времени ?ee ? Это пе?
рераспределение поглощенной энергии внутри электронного газа происходит
?
гораздо быстрее ее релаксации посредством электрон?фононного взаимодей?
ствия?
? разделе ??? описаны результаты первого эксперимента по обнаруже?
нию однофотонного отклика в узкой сверхпроводящей полоске из ???? по?
ставленного после предсказания этого эффекта автором в работе ?????
?ыбор ??? пленок обусловлен тем? что характерное время ухода нерав?
новесных фононов в подложку ?esc длиннее? чем время термализации ?th и
короче? чем время рассеяния тепловых фононов на электронах ?phe ? ?дно?
временное выполнения условй ?esc ? ?phe и ?eph ? ?phe обеспечивает наибо?
лее быструю энергетическую релаксацию на фононах? Согласно данным из
работы ??? для пленок ???? находящихся вблизи Tc ????? ?? ?eph = 10 пс?
?esc = 38 пс? ?phe = 65 пс?
? разделе ??? произведен выбор объекта исследования и сформулирова?
ны задачи?
? ?лаве ? рассмотрены методы изготовления изучаемых образцов и
методы их исследования? а также соответствующие экспериментальные уста?
новки?
? разделе ??? представлены методы изготовления исследуемых образцов
из тонких пленок ??? и ????? методы оценки качества образцов? их первич?
ного тестирования и отбора лучших структур для проведения исследований?
?зучаемые детекторы представляли собой прямые полоски шириной
??????? нм? а также полоски в форме меандра? заполняющие квадратную пло?
щадку со стороной несколько микрон ?рис? ??а??? ?бразцы изготавливались
по двум технологическим маршрутам? отличающимся способом изготовления
активного элемента детектора ? сверхпроводящей полоски ??? в форме ме?
андра? методом обратной ????t???? электронной литографии и методом пря?
мой электронной литографии? ?ба маршрута базируются на таких методах
наноструктурирования? как магнетронное осаждение сверхпроводящей плен?
ки ??? на постоянном токе в атмосфере аргона и азота? осаждение аморф?
ной пленки ?????? одновременным распылением ?? и ?? мишеней? электрон?
ная литография? фотолитография? плазмохимическое травление? жидкостное
травление?
? разделе ??? описаны экспериментальные установки и методики изме?
рения характеристик детекторов таких? как эффективность детектирования?
скорость темнового счета? временные характеристики?
?змерения проводились при температурах от ??? до ??? ?? ? качестве ис?
точников излучения применялись лазерные диоды? светодиоды? импульсные
лазеры? монохроматоры? излучение от которых подводилось как в свободном
пространстве? так и по оптоволокну? ? качестве осциллографов использова?
лись цифровые ???????????r? ???????? и ???tr???? ?P????????? а также
аналоговый ?ктаком????ts? ???????? ? качестве счетчиков использовались
??
??
б?
Рис? ?? а? ????изображение сверхпроводникового однофотонного детектора? изготовлен?
ного методом обратной электронной литографии из пленки ??? толщиной ?? нм? б? Ти?
пичная вольт?амперная характеристика образца размером ? мкм ? ? мкм из пленки ???
толщиной ?? нм? ?бразец смещается током? близким к критическому ?точка ??? При по?
глощении фотона образец переходит в резистивное состояние? при этом рабочая точка
перемещается по ????мной нагрузочной прямой ?пунктирная линия? в точку ??
Ч???? и ??????t ??????? ?ля регистрации импульса?фотоотклика использова?
лась цепочка из двух усилителей ???????r???ts ??????????? ?полоса ? ??ц?
коэффициент усиления ?? ???? При необходимости для измерений в магнит?
ном поле применялся сверхпроводящий соленоид? позволяющий создавать
магнитные поля до ? Тл?
Результаты исследований? представленные в настоящей главе? опублико?
ваны в работах ???? ??? ??? ??? ???? ???? ???? из списка работ автора?
? ?лаве ? приводится рассмотрение механизма релаксации энергии ин?
фракрасного фотона в тонких сильно разупорядоченных сверхпроводящих
пленках ??? толщиной ? нм и механизма возникновения резистивного со?
стояния в сверхпроводящих полосках шириной
? 100 нм?
изготовленных из
таких пленок? при поглощении одиночных фотонов видимого и ?? диапазо?
нов?
? разделе ??? описаны основные условия наблюдения однофотонного от?
клика в узких сверхпроводящих полосках?
?ля возникновения однофотонного отклика рабочая точка по току долж?
на выбираться близко к экспериментальному критическому току
Ic ?
как по?
казано на рис? ??б? точкой ?? При поглощении фотона формируется рези?
стивная область? и поскольку образец смещен в режиме стабилизации по на?
пряжению? ток падает? а рабочая точка перемещается по ????мной нагру?
??
зочной прямой ?пунктирная линия на рисунке? в точку ?? ?лагодаря резко?
му уменьшению тока? тепловыделение падает и резистивная область осты?
вает и возвращается в сверхпроводящее состояние? ?лительность импульса?
фотоотклика для коротких образцов длиной несколько микрон определяется
динамикой возникающего электро?теплового домена и лежит в субнаносе?
кундном диапазоне? ?ля больших образцов в виде меандров? покрывающих
квадратную площадку до ?? мкм х ?? мкм длина меандра может достигать
??? мкм при этом определяющей в длительности фотоотклика становится ки?
нетическая индуктивность? которая может достигать ??? н?н? ? этом случае
длительность импульса достигает нескольких наносекунд?
? разделе ??? рассматривается механизм релаксации энергии в тонкой
сверхпроводящей пленке ???? формулируется модель ?горячего пятна? и
ее выводы сравниваются с экспериментальными результатами? ?еханизм ре?
лаксации энергии после поглощения фотонона рассмотрен в работе ????? По?
глощенный фотон передает свою энергию электрону? При этом создается оди?
ночное квазичастичное возбуждение с энергией? близкой к энергии поглощен?
ного фотона
h?
и много большей энергии
2??
?алее этот горячий электрон
на масштабе времени порядка десятков фемтосекунд теряет свою энергию
посредством электрон?электронного взаимодействия и создает лавину квази?
частиц? По мере уменьшения энергии этих квазичастиц до уровня порядка
энергии ?ебая ?обычно около ??? э?? доминирующим механизмом становится
электрон?фононное взаимодействие? ?линна свободного пробега таких фоно?
нов очень мала? и часть из них эффективно разрушают куперовские пары? а
другая часть за счет фонон?фононного взаимодействия распадается на менее
энергичные фононы? приводя к параллельному нагреву фононной подсисте?
мы? ?зменение сопротивления пленки достигает максимума? когда достига?
ет максимума концентрация квазичастиц с энергией
E ? ?T ?
энергетиче?
ская щель в данный момент времени имеет минимальное значение? По мере
уменьшения энергии возбужденных электронов до уровня порядка
личество растет и? в идеале? должно достигать
электронная температура
Толщина
d
h?/(2?)?
2?? их ко?
а их эффективная
Te повышается выше критической температуры Tc ?
рассматриваемых пленок гораздо меньше длины установ?
ления теплового равновесия ?длины термализации?
Lth ? d << Lth ?
? свою
очередь? длина термализации определяется коэффициентом диффузии
временем термализации
?th ? Lth =
?
D?th ?
D
и
При таких условиях концентра?
цию неравновесных квазичастиц можно считать одинаковой по всей толщине
пленки? Поток неравновесных квазичастиц? созданных поглощенным фото?
ном? описывается двумерным уравнением диффузии?
1
?C(r, t)
=D
?t
r
?C
? 2C
+r 2
?r
?r
??
?
C ? C0
,
?
???
где C(r, t) ? концентрация квазичастиц? r ? расстояние от места? где был
поглощен фотон? C0 ? равновесная концентрация квазичастиц при рабочей
температуре ванны T ? ?ремя ? определяет скорость уменьшения количества
квазичастиц посредством рекомбинации и выхода фононов в подложку? ?
нормальном пятне времени ? соответствует время охлаждения электронной
подсистемы? ? = ?eph + (ce /cph )?esc ? где ?eph ? время электрон?фононного вза?
имодействия? ?esc ? время выхода фононов в подложку? ce и cph ? электронная
и фононная удельные теплоемкости? соответственно? Радиус нормального ци?
линдрического пятна определяется условием? C(rn , t) = Cn , где Cn = N0 kb Tc
? равновесная концентрация квазичастиц при критической температуре? Па?
раметры? зависящие от температуры? вычислялись в рамках теории ?ардина?
?упера?Шриффера ???Ш? для грязных сверхпроводников? ?ыло исполь?
зовано экспериментальное значение энергетической щели? вместо даваемого
теорией ??Ш? Также использовалась экспериментальная температурная за?
висимость электрон?фононного времени взаимодействия?
?альнейшая эволюция горячего пятна в простейшем приближении рас?
сматривалась следующим образом? Ток начинал обтекать горячее пятно? при
этом плотность тока вокруг пятна возрастала? При достижении критической
плотности тока jc в боковых областях вокруг пятна образуются области? по?
хожие на линии проскальзывания фазы?
?ыли исследованы зависимости квантовой эффективности от толщины
пленки и рабочей температуры? ?одель горячего пятна предсказывает на?
личие резко выраженных пороговых значений транспортного тока и длины
волны? разграничивающих области? где эффект не наблюдается? и области?
где эффект наблюдается и квантовая эффективность уже не зависит ни от
тока детектора? ни от энергии фотона? ?аблюдающиеся в экспериментах за?
висимости хотя и имели характерные ?пороговые? изломы? но были сильно
размыты? что говорит о важной роли флуктуаций в механизме детектирова?
ния ?анализу роли флуктуаций в фотоотклике посвящен отдельный раздел
????? ?а рис? ??а? представлены спектральные чувствительности образцов из
пленки толщиной ??? нм и ?? нм ?????? ?идно? что уменьшение толщины плен?
ки ??? с ?? нм до ??? нм приводит к увеличению квантовой эффективности
на порядок в видимом диапазоне и на два порядка в инфракрасном диа?
пазоне на длине волны ??? мкм? Этот результат объясняется тем? что при
уменьшении толщины пленки концентрация квазичастиц при той же энер?
гии фотона становится выше и это приводит к увеличению максимального
размера горячего пятна и смещению красной границы в длинные волны? ?а
рис? ??б? представлены зависимости квантовой эффективности на различных
длинах волн? измеренные при температурах ? ? и ??? ? ?????? Понижение тем?
пературы приводит к существенному увеличению квантовой эффективности
в инфракрасном диапазоне? ?сли в модели горячего пятна считать? что фо?
??
??
б?
Рис? ?? а? ?ависимости квантовой эффективности от длины волны для образцов? изготов?
ленных из пленок ??? толщиной ??? нм ?квадраты? и ?? нм ?треугольники?? Уменьшение
толщины пленки ??? с ?? нм до ??? нм приводит к увеличению квантовой эффективности
на порядок в видимом диапазоне и на два порядка в инфракрасном диапазоне на длине
волны ??? мкм? б? ?ависимости квантовой эффективности от приведенных токов смещения
I/Ic (T )
для различных длин волн и температур ? ? и ??? ??
тоотклик возникает не только при наличии горячего пятна с нормальной
сердцевиной? но и горячего пятна? в котором сверхпроводимость сохраняет?
ся? но концентрация сверхпроводящих электронов подавлена настолько? что
они не могут переносить заданный транспортный ток? то в этом приближении
существенным становится изменение коэффициента диффузии с понижени?
ем температуры? что приводит к заметному смещению ?красной границы? в
сторону длинных волн?
?аксимальная квантовая эффективность определяется коэффициентом
поглощения пленки и составляет около ????
? разделе ??? приводятся результаты исследования временных характе?
ристик детектора и обсуждаются факторы? влияющие на его быстродействие?
?ыло показано? что в коротких сверхпроводящих полосках сверхпрово?
димость после регистрации фотона восстанавливается за время порядка ???
пс? что позволяет потенциально реализовать быстродействие до ?? ??ц ?????
?днако в практических детекторах с полоской в форме меандра длитель?
ность заднего фронта импульса обусловлена кинетической индуктивностью и
составляет несколько наносекунд? что ограничивает максимальную скорость
счета детектора величиной порядка ??? ??ц? ?ля уменьшения кинетической
индуктивности нами было предложено одну длинную полоску? образующую
меандр размером ??мкм х ??мкм? разделить на N частей и соединить их па?
раллельно ?????? При этом получается детектор такой же площади? но с ки?
нетической индуктивностью в N 2 раз меньше?
?ами также был экспериментально измерен джиттер ??? однофотон?
??
??
б?
Рис? ?? а??ависимость нормированных фотоотсчетов в магнитном поле при токе ????Ic ? б?
?ависимость приведенной энергии для входа вихря в полоску ?h от длины волны? Символы
? экспериментальные данные? сплошные линии ? их линейные аппроксимации? пунктир и
точки ? аппроксимация в рамках модели ????
ного детектора? показывающий насколько точно фиксируется момент реги?
страции фотона? который составил ?? пс на длине волны ???? нм ??????
? разделе ??? оценивается роль флуктуационных механизмов в возник?
новении фотоотклика? экспериментальные результаты сравниваются с пред?
сказаниями существующих теоретических дополнений к модели ?горячего
пятна?? учитывающие различные механизмы возникновения абрикосовских
вихрей в сверхпроводящей полоске?
? работе ??? была рассмотрена роль термодинамических флуктуаций?
понижающих барьер для входа абрикосовского вихря в полоску? в появлении
резистивного состояния? Формирование ?горячего пятна? рассматривалось
упрощенно? а именно? предполагалось? что? ??? в достаточно узких полосках
w ? 100 нм облако квазичастиц при достижении своего максималь?
ного размера перекрывает всю ширину полоски w ? ??? плотность квазичастиц
шириной
в этом облаке близка к однородной? ??? квазичастицы подавляют параметр
порядка? но их концентрации не достаточно для полного разрушения сверх?
проводимости? Поскольку в этой модели квазичастицы перекрывают всю по?
лоску? эту область авторы статьи назвали ?горячей перемычкой? ????t ???t???
? ?горячей перемычке? плотность энергии конденсации
ет неравенству?
2
0 < Hch
/8? < Hc2 /8? ?
2
Hch
/8? удовлетворя?
? такой ситуации горячее пятно? воз?
никающее после поглощения фотона? сильно повышает вероятность терми?
чески активированного прохода вихря поперек полоски? ?ероятность такого
процесса также сильно зависит от транспортного тока
уменьшением тока от критического
I
и быстро подает с
Ic ?
?ля проверки этой модели нами было выполнено исследование зависи?
??
мости фотоотсчетов RP CR от приложенного магнитного поля для образцов с
различными ширинами и различных длин волн фотонов? Результат представ?
лен на рис? ??а??????? Сплошные линии ? аппроксимация в рамках модели ????
?а рисунке ??б? представлены значения приведенной энергии? необходимой
для входа вихря ?h ? для образцов с ширинами полоски ??? нм и ??? нм? вы?
численные из экспериментальных измерений фотоотсчетов в магнитном поле?
Пунктирные линии показывают предсказания модели ???? Причина несоот?
ветствия наклонов экспериментальных и теоретических зависимостей может
быть в изначальной посылке этой модели об однородной плотности квазича?
стиц в горячем пятне? которое занимает всю ширину полоски?
?ругой подход к объяснению деталей механизма однофотонного детек?
тирования был предложен в работе ???? ?ля описания состояния сверхпровод?
ника авторы используют эффективную температуру? Такой подход возможен?
если время термализации? которое пропорционально электрон?электронному
времени ?e?e ? короче? чем электрон фононное время ?e?ph ? ?e?e < ?e?ph ? ?а?
чальную фазу формирования горячего пятна авторы ??? подробно не рассмат?
ривают? а сразу считают?
? что за время порядка ?e?e возникает горячее пятно
радиуса R0 ? Le?e = D?e?e с температурой T0 + ?T ? где D ? коэффициент
диффузии? T0 ? температура термостата ?кристаллической решетки?? а ?T
оценивается из предположения? что вся энергия фотона идет на формиро?
вание горячего пятна? ?зменение температуры в пространстве и во времени
находят решением уравнения диффузии? а для анализа динамики параметра
порядка ? численно решают зависящее от времени уравнение ?инзбурга?
?андау?
?а рис? ??а? показано влияние внешнего магнитного поля H на внут?
реннюю квантовую эффективность IDE для разных длин волн ?????? ?ы
определяли IDE как отношение скорости счета фотонов P CR при данном
поле и токе образца к скорости счета фотонов P CRsat (H = 0) в насыщении
при большом токе и в нулевом поле? IDE = P CR/P CRsat (H = 0)? С уве?
личением H зависимость P CR(I) смещается в направлении малых токов и
этот сдвиг тем меньше? чем выше энергия фотона? ?овый эффект? который
не наблюдался прежде? состоит в снижении P CR при токах? превышающих
некоторый ток ?кроссовера? Icross ? ? больших магнитных полях этот эффект
не виден? т?к? Ic (H) быстро уменьшается? а темновые отсчеты вносят большой
вклад в скорость счета фотонов? ?а рис? ??б? представлена рассчитанная IDE
в различных магнитных полях для двух разных радиусов ?горячего пятна??
?идно? что есть некоторый ток кроссовера? выше которого IDE уменьша?
ется? а ниже ? увеличивается с увеличением магнитного поля? ?о?вторых? в
рассматриваемой модели зависимость от поля определяется радиусом пят?
на ? чем больше радиус? тем слабее полевая зависимость? что соответствует
результатам эксперимента?
??
??
б?
Рис? ?? а??ависимости внутренней эффективности детектирования IDE от тока смещения
в различных магнитных полях для длин волн ???????? нм? б? ?ависимости внутренней
эффективности детектирования от тока в различных магнитных полях ?от H ?? до ????Hc2
с шагом ?????Hc2 ? для ?горячего пятна? радиусом R????? и R??? в модели ????
Результаты исследований? представленные в настоящей главе? опублико?
ваны в работах ???? ?????? ??? ? ???? ???? ???? ??? ? ???? ???? ???? ??? ?
???? ???? ???? ???? ???? ???? ???? ???? из списка работ автора?
? ?лаве ? рассматривается механизм спонтанного возникновения сопро?
тивления в нанополосках без участия фотонов? ? практическом устройстве ?
детекторе одиночных фотонов это определяет скорость темнового счета и на?
кладывает фундаментальные физические ограничения на их минимальную
величину?
? разделе ??? приведены основные экспериментальные закономерности
темнового счета сверхпроводникового детектора и описаны основные флук?
туационные механизмы? вызывающие появление темновых отсчетов?
?а рис? ??а? представлены зависимости скорости темнового счета? изме?
ренные при температуре ? ? в трех вариантах установки образца? ?? образец
установлен на одномодовое оптоволокно? как это и бывает в практических
??
??
б?
Рис? ?? а? Скорость темнового счета при температуре ? ? для детекторов ??P?? ??? уста?
новленного на одномодовое оптоволокно с закрытым входом оптоволокна при комнатной
температуре ?светлые треугольники?? ??? установленного на одномодовое оптоволокно с
фильтром для отсечки теплового фона комнатной температуры ?темные треугольники?
и ??? образца? полностью экранированного от комнатного фона ?квадраты?? б? ?ормиро?
ванные темновые отсчеты в магнитном поле для различных токов смещения для образца
с шириной полоски ??? нм и образца с шириной полоски ??? нм?
приемных системах на основе ??P? ?светлые треугольники? и вход оптово?
локна закрывается непрозрачным колпачком ? тепловые фотоны? возникаю?
щие в оптоволокне при комнатной температуре? вызывают фоновую засвет?
ку на уровне 102 с?1 ? ?? с фильтром? отсекающим тепловые фотоны ?темные
треугольники?? для изготовления которого в простейшем случае можно ис?
пользовать само оптоволокно? намотанное с малым радиусом кривизны ?при
длинах волн больше? чем граница одномодовости волокна? потери начинают
резко расти с уменьшением радиуса кривизны волокна в повороте? при этом
в стандартном одномодовом оптоволокне ??????? на длине волны ???? нм
эффективно отфильтровываются фотоны с длиной волны более ???? нм?? ??
??P? не устанавливается на оптоволокно и полностью экранируется с помо?
щью фольги от окружающего излучения ?черные квадраты?? в этом случае
можно достичь минимального уровня темновых отсчетов порядка 10?4 с?1 ?
?ля всех исследованных образцов зависимость скорости темнового сче?
та от тока DCR(I) носит экспоненциальный характер? ?инимально дости?
жимый уровень скорости темнового счета составляет порядка 10?3 ?10?4 ??1
и был ограничен временем эксперимента? время накопления нескольких от?
счетов на этом уровне составляло ??? часов? Столь низкие значения были
получены в лабораторных условиях при полной и тщательной экранировке
образца от фонового излучения?
?ыло показано? что экспоненциальная токовая зависимость хорошо объ?
??
F0 ? 2 d
kb T
h
(?0 +1)
,
?
1?( IIc )
2
i
ясняется сверхпроводящими флуктуациями? DCR = AR · e
, где
2
F0 = N (0)? /2 ? энергия конденсации на единицу объема?
Флуктуационные механизмы? обуславливающие темновой счет? приво?
дят к необходимости анализа динамики движения абрикосовских вихрей в
полоске? поэтому исследование влияния магнитного поля на скорость тем?
нового счета становится дополнительным способом проверки релевантности
предлагаемых моделей? ?а рисунке ??б? представлены DCR(H) в магнитном
поле? нормированные на DCR(0) без поля для четырех токов смещения для
образца с шириной полоски ??? нм и трех токов для образца шириной ???
нм? С увеличением тока? зависимость поля для обоих меандров становится
немного слабее? ? работе ??? предполагается? что темновые отсчеты происхо?
дят из?за зарождения и движения вихрей поперек полоски? поэтому полевая
зависимость DCR должна выглядеть следующем образом?
DCR(I, B)
=
DCR(I, 0)
Ic
1+
B
Bs I
(?0 +1)
Ic
B
+ 1?
Bs I
???
где Bs ? поле для входа первого вихря в прямую полоску? ?0 отвечает за
уменьшение сверхпроводящей энергии конденсации при входе вихря в полос?
ку? ?сли фотоотсчеты связаны с вихрями и возникают в тех же местах меанд?
ра? что и темновые отсчеты? можно ожидать схожие токовые зависимости и
для ?h ? и для ?0 ? ?ез освещения? проходы вихря более вероятны в поворотах
меандра из?за повышенной плотности тока и низкой величины энергетиче?
ского барьера? Хотя ток смещения снижает барьер для входа вихря? барьер
всегда будет меньше в поворотах? Следовательно? темновые отсчеты? связан?
ные со входом вихря? будут происходить с большей вероятностью в поворотах?
То же самое относится и к фотоотсчетам при малых энергиях фотонов? когда
снижение свободной энергии вокруг места поглощения фотона является от?
носительно низким? Фотон с большей энергией? поглощенный в прямой части
меандра? уменьшает локально энергетический барьер до величины? сопоста?
вимой с барьером в поворотах меандра? С этого момента прямые участки
меандра начинают давать вклад в фотоотсчеты? ?ля еще больших энергий
фотонов? начинают доминировать фотоотсчеты от прямых участков? так как
их общая длина более чем на порядок величины больше? чем суммарная дли?
на поворотов?
? разделе ??? рассматривается вклад термически активированного и
квантового проскальзывания фазы в темновые отсчеты детектора?
?вантовое туннелирование между различными макроскопическими со?
стояниями было тщательно изучено в ?жозефсоновских контактах и нано?
проводах? ?екоторые из самых основных доказательств макроскопического
квантового туннелирования ????r?s????? q???t?? t???????? ? ???? в этих
??
??
б?
Рис? ?? а? Стандартное отклонение
?
для тока переключения в резистивное состояние в
зависимости от температуры для образцов ?? ? и ??? У всех трех образцов
?
выходит
на полку при низкой температуре? что является признаком ???? Температуры
которых
?
выходит на полку обозначены на рисунке? При температурах выше
Tq при
Tm на?
? с ростом
Tc ? построен?
блюдается многократное проскальзывание фазы? что выражается в падении
температуры? б? ?ависимость квантовой температуры
Tq
от критической
ная вместе с данными для образцов из ???? ??? ??? ?идна общая тенденция увеличения
Tq с увеличением Tc ? ?аилучшая
log(Tq ) = 1, 2 Ч log(Tc ) ? 0, 9?
аппроксимация для всех данных да?тся выражением?
системах? исходят из насыщения стандартного отклонения распределения пе?
реключения токов и насыщения температуры флуктуаций тока переключе?
ния Tesc при температуре ванны ниже некоторого порогового значения? ?ссле?
дуемые в настоящей работе однофотонные детекторы ??P? также являются
квази??? системами и в них вполне естественно ожидать проявления ????
что будет одной из причин темновых отсчетов?
При любой заданной температуре ток переключения обнаруживает сто?
хастическую природу? значения тока? при которых образец становится рези?
стивным имеют разброс вокруг некоторого среднего значения? Стандартное
отклонение ? в распределении? которое построено в зависимости от темпера?
туры на рис? ??а?? может быть проанализировано для определения возмож?
ности вклада квантовых или тепловых флуктуаций в переключение полос?
ки в резистивное состояние? При высоких температурах ванны ? T > Tm ?
где Tm ? температура соответствующая максимуму ? ? стандартное отклоне?
ние падает с ростом температуры? При этих температурах необходимы мно?
жественные термически активированные проскальзывания фазы ?t??r?????
??t???t?? ???s??s???s ? ??P?? для переключения полоски в резистивное состо?
??
яние? Режим множественных фазовых проскальзываний таков? что одиноч?
ное проскальзывание фазы не способно перевести квазидвумерную полоску в
резистивное состояние? Поэтому требуется несколько одиночных проскальзы?
ваний фазы? близких как по времени так и в пространстве? Согласно преды?
дущим исследованиям? основной признак множественного проскальзывания
фазы заключается в том? что ? уменьшается с ростом температуры? ? проме?
жуточном диапазоне температур при Tq < T < Tm ? за переключения отвеча?
ют одиночные ??P?? и стандартное отклонение падает с падением темпера?
туры ??? ??? При самых низких температурах стандартное отклонение имеет
насыщение? указывая на то? что туннельные квантовые проскальзывания фа?
зы ?q???t?? t???????? ?? ???s??s???s ? ?P?? становятся определяющими про?
цессами? из?за которых система выходит из метастабильного сверхпроводя?
щего состояния? Температура? при которой стандартное отклонение выходит
на насыщение? принимается за температуру квантового перехода ? Tq ? ?ля
исследуемых образцов эти температуры представлены на рис? ??а?? Таким
образом? мы определили область? в которой имеет место ??? в квазидву?
мерной системе? и определили температуру перехода Tq между ??P? и ?P?
в сверхпроводниковом однофотонном детекторе? Снижение температуры ван?
ны до Tq уменьшает скорость темнового сч?та до квантового минимума? что
можно использовать для улучшения характеристик детекторов?
?ы сравнили наши данные для полосок ??? с данными? полученными
на полосках ???? ??? ??? и обнаружили наилучшей вид зависимости описы?
вается как Tq ? Tc1,2 ? как видно на рис? ??б?? Таким образом? подтверждается
предположение? что зависимость является линейной? ?ля этой экстраполя?
ции мы использовали Tq ? определ?нную из кривых стандартного отклонения
для наших ??? полосок? хотя использование значений Tq? для такой аппрок?
симации? не да?т сильно разнящихся результатов?
? разделе ??? представлены результаты исследования эквивалентной
мощности шума для квантового детектора и приведены оценки ее предель?
ного значения?
?вантовая эффективность QE ? и скорость темнового счета DCR экс?
поненциально растут с ростом транспортного тока образца? Поэтому выбор
оптимальной точки работы детектора является непростой задачей? завися?
щей от конкретной цели? ? интегрирующих ?неоднофотонных? детекторах
подобная проблема решается с помощью измерения эквивалентной мощности
шума? Поскольку для однофотонных детекторов нет понятия ?время инте?
грирования?? прямое сравнение интегрирующих и однофотонных детекторов
в терминах эквивалентной мощности шума затруднительно? ?днако и для од?
нофотонных детекторов можно ввести величину аналогичную эквивалентной
мощности шума?
?ля однофотонного детектора? ограниченного фоновым излучением? эк?
??
?
h?
вивалентная мощность шума N EP = QE
2RDCR ? ?инимально измеренный
уровень темнового счета составил 2 Ч 10?4 с?1 при нормированном токе сме?
щения I/Ic = 0, 88? ? эквивалентная мощность шума при температуре ???
?инимальная величина N EP не превосходит 10?20?т/?ц1/2
Результаты исследований? представленные в настоящей главе? опублико?
ваны в работах ????? ???? ??? ? ???? ???? ???? ???? ???? ???? ???? из списка
работ автора?
? ?лаве ? приводится рассмотрение возникновения резистивного откли?
ка в узких нанополосках из тонких аморфных пленок силицида молибдена
???????
? разделе ??? приводится мотивация исследования однофотонного от?
клика в аморфных пленках ???? как материала? перспективного для сверх?
проводниковых однофотонных детекторов?
?спользование сверхпроводниковых пленок ?????? для ??P? дает воз?
можность получить высокоэффективные детекторы при более высоких тем?
пературах ?T ? 1, 7?? по сравнению с ???? на котором группой из ???
была продемонстрирована квантовая эффективность ??? при температуре
??? м?????? Полученные нами Tc для ?????? позволяют работать с помощью
сосуда ?ьюара ?????? ?зготовленные нами ?????? детекторы имеют более вы?
сокий критический ток в сравнении с ????? детекторами и? следовательно?
более короткое время отклика и меньший джиттер?
? разделе ??? описаны результаты экспериментальных исследований ха?
рактеристик однофотонных детекторов из ?????
?етекторы? также как и неструктурированные пленки ???? имеют ма?
лый отрицательный температурный коэффициент удельного сопротивления?
?тношение сопротивления при температурах ???? и ?? R300/R20составляет
???? и ???? для ??0.75??0,25 и ????0,80??0.20? соответственно? Удельное сопро?
тивление составляет ??? мк?м·см для ????0,75??0,25 и ??? мк?м·см для ??
??0,80??0,20 при ?? ?? что согласуется с ранее опубликованными данными
для аморфных пленок ?????? ???? и для ????? ????? ?ля исследуемых де?
текторов критические температуры составили ??? и ???? для ??0,75??0,25 и
????0,80??0,20? соответственно?
?а рисунке ??а? представлена зависимость эффективности детектирова?
ния для одного из лучших детекторов от приведенного тока детектора I/Ic?
измеренная при температуре ??? ? при освещении неполяризованным светом
с длиной воны ??? мкм? ?бразец имел критический ток ??? мк? при ???????
?идно? что при токе смещения выше ???Ic эффективность детектирования
выходит на насыщение? как у ??? детектора ?при одинаковых длинах волн
и температуре?? но не так сильно? как для ??? ??P??
Скорость темнового счета представлена на вставке рисунка ??а?? Плато
ниже ?? с?1? при токе смещения ???Ic определяется электрическими шумами
??
??
б?
Рис? ?? а? ?вантовая эффективность на длине волны ??? мкм одного из лучших
??????
детекторов? измеренная при температуре ??? ?? при приближении тока к критическому
эффективность выходит на насыщение? ?а вставке скорость темнового счета? измерен?
ная при той же температуре? ?асыщение в отсчетах? при токе смещения меньше ???Ic
объясняется подсветкой и электрическими шумами установки? б? Эффективность детек?
тирования от длины волны? измеренная при ????Ic ?красная кривая? ??? ????Ic ?синяя
кривая?? ?ерхняя черная кривая показывает расчетное поглощения исследуемой много?
слойной структуры ? нм защитный слой кремния ??? ?????? детектор? ???2 ??? ??? ?а
вставке показана внутренняя эффективность ?????? ??P? при токах смещения ????Ic ???
????Ic ?
установки и ?подсветкой?? Электрический шум трудно фильтровать из?за
малого соотношения сигнал?шум?
?а рисунке ??б? представлена зависимость квантовой эффективности ??
от длины волны для ??0.75 ??0.25 ??P? в диапазоне ??? нм ? ???? нм при токах
смещения ????Ic ?красная кривая? и ????Ic ?синяя кривая?? ?ерхняя черная
кривая результат расчетного поглощения многослойной структуры? состоя?
щей из ? нм ?? ?защитный слой?? ?????? однофотонного детектора ?реше?
точная структура в виде меандра ??? нм сверхпроводящая полоска ? ?? нм
зазор?? согласующего ??? нм слоя диэлектрика ???2 и кремниевой подложки
???
? разделе ??? представлены результаты исследования ???? образцов в
магнитных полях и приводится сравнение этих результатов с моделями фо?
тоотклика? разработанными для ????
Результаты исследований? представленные в настоящей главе? опублико?
ваны в работах ????? ???? из списка работ автора?
? ?лаве ? рассматриваются практические устройства на основе ??P?
и области их применения?
? разделе ??? описывается неразрушающая диагностика сверхбольших
интегральных микросхем? изготовленных по ???П технологии с помощью
детектора ??P? ?????
??
Разработанные нами детекторы были использованы для бесконтакного
оптического анализа микросхем методом P??? ?от англ? P???s????? ???????
??r???t ?????s?s? P????? ?? излучение микросхемы? возникающее под вли?
янием тестовой последовательности электрических импульсов? собирается с
исследуемого участка микросхемы на вход волоконно?оптического кабеля си?
стемой линз? ?алее по световоду излучение передается на сверхпроводящий
детектор? находящийся в криорефрижераторе замкнутого цикла? ?ыла ис?
следована микросхема? изготовленная по ???П технологии с разрешением
???? мкм? работающая на частоте ??? ??ц при напряжении питания ??? ?? ?
процессе тестирования строится гистограмма числа фотоотсчетов от времени?
на которой моменты регистрации фотонов отсчитываются от синхроимпуль?
сов тестовой последовательности?
?спользование ??P? вместо лавинных фотодиодов позволило улучшить
временное разрешение установки и значительно снизить уровень шумов?
? разделе ??? рассматривается определение ?разрешение? числа одно?
временно поглощенных фотонов с помощью детектора в виде параллельно
соединенных ??? полосок? основанного на пространственном мультиплекси?
ровании в субволновом диапазоне ????? ???? ???? ???? ?????
Простейший P???детектор ?от англ? P??t?? ?????r ??s??????? состоит
из N параллельно соединенных сверхпроводящих меандров? рис? ??а?? каж?
дый из которых работает как однофотонный детектор? ?огда фотон погло?
щается i?й полоской? ее ток перераспределяется между N ? 1 оставшимися
полосками и параллельно в ???омную линию высокочастотного усилителя?
?сли m фотонов одновременно ?в интервале времени намного короче време?
ни релаксации тока?? поглощаются в m различных полосках? токи из разных
полосок могут суммироваться на внешней нагрузке? приводя к импульсу на?
пряжения амплитудой Iout (m) ? m/(N I ?m(N ?m)?Ilk )? где ?Ilk ?ток утечки
из каждой сверхпроводящей полоски?
?сциллограмма импульса с ??х секционного детектора площадью
?? мкм ? ?? мкм при освещении его импульсным лазером с длиной волны
??? мкм? полученная в режиме накопления осциллографа? изображена на
рис? ??б?? ?а осциллограмме хорошо различимы все ? амплитуды импульса?
?оличество одновременно поглощенных фотонов определялось по статистике
фотоотсчетов? а именно при среднем количестве фотонов в импульсе n ? 1
вероятность p иметь m фотонов в импульсе согласно распределению Пуассона
p ? nm /m!? Поэтому скорость счета одиночных фотонов пропорциональна n?
пар фотонов пропорциональна n2 ? троек фотонов ? n3 и т?д? ?ыбор импульсов
соответствующей амплитуды осуществлялся установкой надлежащего порога
срабатывания счетчика импульсов?
? разделе ??? продемонстрирована возможность использования сверх?
проводникового однофотонного детектора для регистрации нейтральных мо?
??
??
б?
Рис? ?? а? ?икроснимок P???детектора? различающего число фотонов? полученный с по?
мощью сканирующего электронного микроскопа? б? ?сциллограмма импульса ??х секцион?
ного P???детектора? полученная на осциллографе в режиме накопления? при освещении
детектора импульсным лазером с длиной волны ??? мкм ?длительность импульса ??? пс?
скорость повторения ?? ??ц?? Сплошные кривые обозначены для лучшего восприятия
глазом?
лекул ????? и низкоэнергичных ионов ??????
?золированные нейтральные молекулы были получены десорбционным
методом ?мягкой? ионизации? обусловленной воздействием импульсами ла?
зерного излучения на матрицу с анализируемым веществом? содержащим
аминокислоты триптофана? полипептид грамицидина? инсулина? миоглобина
и гемоглобина? ?а рисунке ??а? представлены время?пролетные гистограммы
для миоглобина ?красные квадраты?? инсулина ?черная сплошная линия? и
гемоглобина ?зеленые круги??
Эффективность детектирования определялась? как отношение числа от?
счетов с детектора при освещении пучком ионов гелия к числу падающих
ионов? которое измерялось с помощью цилиндра Фарадея? ?а рис? ??б? при?
ведена зависимость эффективности детектирования от нормализованного то?
ка смещения ??b ??c ? для ионов гелия с различными значениями кинетических
энергий ??+ ? ?з нее мы оценили радиус горячего пятна ?? используя отноше?
ние между током? соответствующим точке излома ?kb ? и критическим током
?c ? аналогично тому? как это было сделано в работе ????? Радиус горячего
пятна
Rion ??? нм
для ионов с энергией ??? ???
? разделе ??? описана двухканальная система регистрации одиночных
фотонов? спроектированная для исследований в квантовой оптике? изучения
корреляционных функций излучения однофотонных источников ????? ?????
Приемная система была собрана на основе криогенной вставки для
транспортного дьюара? позволяющей откачкой паров гелия получать темпе?
??
??
б?
Рис? ?? а? Распределение времени пролета миоглобина ?красные квадраты?? инсулина ?чер?
ная сплошная линия? и гемоглобина ?зеленые круги?? б? ?ависимость абсолютной эффек?
тивности детектирования от нормализованного тока смещения ??b ??c ? для ионов гелия
??+ при энергиях
Ekin ???? ??
?квадраты?? ??? ?? ?круги?? ??? ?? ?прямые треугольники??
??? ?? ?перевернутые треугольники? ??? ???? ?? ?ромбы?? ?ставка? Увеличенное изображе?
ние кривых? соответствующих минимальной и максимальной энергиям? которые находятся
в согласии с ранее описанной моделью горячего пятна? Точку излома?kb мы использовали
для определения радиуса горячего пятна?
ратуры до ??? ?? Система имела два одинаковых канала? в каждом из которых
был установлен детектор ??P? на одномодовом оптоволокне ????????
При скорости темнового счета ??? импульса в секунду? однофотонная
система регистрации имела квантовую эффективность выше ??? в каждом
канале? ?ля измерения временного джиттера мы использовали счет коррели?
рованных пар фотонов на длине волны ???? нм? сгенерированных с помощью
параметрического рассеяния в кристаллах ?????3 ? ?ы получили джиттер
системы около ?? пс?
? качестве демонстрации применения системы были проведены измере?
ния временного разрешения фотолюминесценции по ???P? ????????rr???t??
???????P??t?? ????t??? ? счет коррелированных по времени фотонов? для
??????s квантовой ямы на длине волны ???? нм при комнатной температу?
ре? ?ля сравнения мы использовали однофотонный лавинный ?????s диод
компании ?? ????t?q?? в гейгеровском режиме с частотой гейтов ??? к?ц? с
длительностью гейта ??? нс и с временем задержки ?? мкс?
Результаты исследований? представленные в настоящей главе? опубли?
кованы в работа? ???? ???? ???? ???? ???? ???? ???? ???? ???? ???? ???? из
списка работ автора?
? заключении сформулированы научные результаты работы?
? Предложено объяснение нового эффекта однофотонного детектирова?
ния в полосках шириной ???? нм из разупорядоченных тонких сверх?
??
проводящих пленок ??? при температуре
тической
Tc ?
T?
значительно ниже кри?
но при наличии транспортного тока
риментальному критическому току
Ic ?
I?
близкого к экспе?
Экспериментально изучены та?
кие характеристики однофотонного ??? детектора на основе обнару?
женного эффекта? как? квантовая эффективность ?чувствительность??
быстродействие? джиттер ?нестабильность переднего фронта импуль?
са?? спектральная чувствительность? скорость темнового счета? ?еталь?
но исследован механизм однофотонного детектирования с применением
магнитных полей? экспериментально подтверждена правильность вих?
ревой модели горячего пятна?
?
Проведенные исследования позволили разработать практический при?
бор на основе сверхпроводникового однофотонного детектора? значи?
тельно превосходящий существующие аналоги по чувствительности и
быстродействию? Продемонстрирована работа такого детектора в ря?
де областей? неразрушающей диагностики сверхбольших интегральных
микросхем? изготовленных по ???П технологии? регистрации ней?
тральных молекул и низкоэнергичных ионов? Разработан новый тип
детектора? разрешающего число одновременно поглощенных фотонов?
представляющий собой
N
параллельно соединенный узких сверхпрово?
дящих полосок? Разработана двухканальная система регистрации оди?
ночных фотонов? которая может быть использована в квантовой оптике
и и для квантовых систем связи? для изучения корреляционных функ?
ций однофотонного инфракрасного излучения квантовых точек?
?
?етально исследована вероятность спонтанного возникновения рези?
стивного состояния? определяющая темновой счет детектора? в зависи?
мости от толщины пленки и рабочей температуры? ?ыяснен вклад про?
цессов проскальзывания фазы? макроскопического квантового тунне?
лирования и термических флуктуаций в процессы возникновения спон?
танного резистивного состояния в узких сверхпроводящих полосках с
током? близким к критическому? в широком диапазоне температур ни?
же
Tc ?
Показано? что способ возникновения резистивного состояния в
узких сверхпроводящих полосках ??? ниже Tc зависит от температуры?
Подтверждена роль флуктуационных вихрей в возникновении спонтан?
ных ?темновых? отсчетов для ??? и
????x ??1?x
сверхпроводящих де?
текторов? Установлены различия в механизмах спонтанного ?темновые
отчеты? и фотоиндуцированного формирования резистивного состоя?
ния?
?
?бнаружен однофотонный отклик в сверхпроводящих полосках шири?
ной ??? нм из аморфной пленки ????x ??1?x толщиной ? нм на длине вол?
ны ???? нм? ?сследованы характеристики
????x ??1?x
детектора? кван?
товая эффективность? скорость темнового счета? джиттер? спектраль?
??
ная чувствительность? ?етальное исследование отклика с помощью маг?
нитных полей показало? что механизм однофотонного детектирования?
также? как и механизм возникновения темновых отсчетов в пленках ??
??x ??1?x аналогичен механизму в пленках ????
?сновные результаты диссертации? опубликованные в журналах? вклю?
ченных в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов
????
??? ?? ???????? ?? ????ts???? ?? ??r???? ????t?? ??t??t??? ?? ??rr??t
??rr???? s???r??????t??? ??? ?? P??s??? ?? ??? ?????? ??? ???????
??? ???????? ????r?????? ?????s?? ??????????? ????r????? ??????t???
?????????
??????ts????
???
?????????s??
????r?r?s?????
???r??t?r???t??? ?? ??? ????r??????t??? ???????P??t?? ??t????
??t??tr?s? ?? ?? ?P???????????P?? ???????? ???t??? ??
??t?????tr?????P??t????s???? ?????????P?? ???????? ????????? ??????
??? ?????????s???? ? ?? ? ?????? ?????????s? ???????? ????r??????
??????????? ????r????? ??????t??? ????????? ?????r???? ??????ts????
????tr?? s??s?t???t? ?? t?? ??? s?????????t?? s???r??????t??? ??t??t?r ??
????? ?r??s??t???s ?? ????tr????s? ???? ????? ??? ???? ????
??? ?? ??r?????? ?? ?????? ?? ???s?? ?? ???????s??? ?? ????t??? ?? ???????
?? ????????? ?? ??r????? ??? ?? ?? ????ts??? ????r??????t??? ???????
P??t?? ??t??t?rs ??r ??????t? ?r???????? ????t?? ?????????t???s ??
??? ?r???????? ??s?r ?????????t??? ??? ??s?r ??????? ??? ??? ?? ?? ??
??????? ??? ?? ?? ?????? Pr??? ?P?? ???? ????? ??? ???????? ??????
??? ????r?????? ???????? ?????????s??? ??????t??? ????????? ???????????
????r????? ?????r???? ??????ts???? ?? ??????? ??t??t??? ????????
?? ??r?????t?????r?? ??? s?????????t?? s???r??????t??? ??t??t?rs ??
??tr??????t t? ???r????r?r?? r???? ?? ??????? P??s??s ??tt?rs? ????? ????
????????????? ????
??? ??????t??? ????????? ?????r???? ??????????? ????r????? P??????????
??????ts???? ???????? ?????s?? ????r?????? ?????????s?? ?? ??tr???st
??? ??t?????tr?? ???????P??t?? ??t??t?r ??r ????tr???? ???????t???s ??
????r??????t?r ??????? ??? ??????????? ??? ??????????? ????
??? ????r????? ??????t??? ????????? ??????????? ?????r???? ??????ts????
???????? ?????s?? ????r?????? ?????????s?? ??? ????t??? r?t? ??? s??????
???t?? ??t??t?r ??r ?? ??????st??s ?? ???r?????tr???? ???????r???? ??s????r?
??? ??? ???????? ??????
??? ?? ?????? ?? ???s?? ?? ??r?????? ?? ??????? ?? ????????? ?? ??r?????
?? ????t??? ?? ?? ????ts???? ??? ?? ???????s?? ??s???s? ????
???r??t?r???t??? ?? ??? ????r??????t??? ???????P??t?? ??t??t?rs ?? ????
?r??s??t???s ?? ??????? ????r??????t???t?? ???? ??? ??? ?? ???? ????? ???
???????
??
??? ?? ?????? ?? ??????????? ?? ????????? ?? ??s?????s? ?? ?? ????ts???? ??
??r????? P? ????????? ?? ???????t?? ?? ??? ?? ?????s??? ?? ??????? ??
P??r????? ?? ???s?? ?? ??r?????? ?? ???s??r? ?? ?s??? ??? ?????????s??
????????s??? ???? ??r???t t?st??? ??t? ??? s???r??????t??? s??????
???t?? ??t??t?rs ?? ????t? ??tt? ??? ?????????? ??????
???? ?? ???ts???? ?? ??r????? ?? ???????? ?? ???r???? P? ????????? ??
??r????? ?? ???r???? ?? ??r?????? ?? ?????? ?? P??r????? ?? ???s? ???
?? ???????s?? ?????str??t?r?? s???r??????t??? s?????????t?? ??t??t?rs
?? ??????r ??str????ts ??? ??t???s ?? P??s??s ??s??r?? ???t??? ??
??????r?t?rs? ????tr???t?rs? ??t??t?rs ??? ?ss????t?? ?q??????t ? ??? ????
?ss??s ??? ? ?? ??r?? ????? ?? ???????
???? ?? ??r????? P? ????????? ?? ??t??????? ?? ????????? ?? ???r??????
??r????? ??? ?? ?? ????ts???? ?? ??rr??? ?? ?? ??? ?? ???s??r? ?? ??????
?? ???s?? ?? P??r????? ?? ??r?????? ??? ????? ???????s?? ???s?t???t?
??? ??????rt? ????t??? ??r??r????? ?? ??? s???r??????t??? s?????????t??
??t??t?rs ?? ??????? P??s??s ??tt?rs ?????? ??? ?????r ??? ?? ???? ?????
?? ?????????
???? ????r?????? ??P??r????? ?????s?? ???????? ????rr??? ????r?????
??????????? ????????? P?????????? ?????r???? ????r????? ??
????ts???? ?? ???????s?? ??tr???st s???r??????t??? s?????????t??
??t??t?rs ??r ???r????r?r???????????t? q???t?? ?????????t???s ??
???r??? ?? ????r? ??t??s? ???? ?????? ? ???? ????? ?????????
???? ??????ts???? ????r????? ?????ts???? ??????st????? ???????????
?????????? ?????r???? ????r????? ?????s?? ??P??r????? ????r??????
?????????s??? ??tr???st s???r??????t??? s?????????t?? ??t??t?rs ??r ???r?
???r?r???????????t? q???t?? ?????????t???s ?? P??s? ?t?t? ????? ?? ?? ??
? ?????????? ????
???? ??P??r????? ???r?ss? ?????s?? ???????? ????r?????? ????rr??? ????r?????
P?????????? ?????r???? ????r????? ??????ts???? ?????????s???
??????rt? ????t??? r?t?s ?? ??? s?????????t?? ??t??t?rs ??r q???t??
?????????t???s ?? ???? ?r??s? ?? ????? ????r?????? ?????? ??????
???????
???? ????r????? ????t??????? ?? ???????? ??????st????? ?????ts????
??????????? ?????r???? ????r????? ?????t?s???? ?????s?? ??P??r?????
????r?????? ?????????s??? ????t?? ???????? ??? ???s? ?q???????t ????r
?? ????str??t?r??? ???? s?????????t?? ??t??t?rs ?? t?? ????????t? r????
?r?? ??s???? t? ???r?r?? ?? ???? ?r??s? ?? ????? ????r?????? ?????? ??????
???????
???? ?? ?орнеев? ?? ?инаева? ? Рубцова? ? ?илостная? ?? Чулкова? ?? ?о?
ронов? ?? Смирнов? ?? Селезнев? ?? ?ольцман? ?? P??r????? ?? ???s?? ??
?r?ss? P? ????r??? ?? ??r?????? ??? ?? ???????s?? Сверхпроводящий одно?
??
????
????
????
????
????
????
????
????
фотонный детектор на основе ультратонкой пленки ??? ?? ?вантовая
электроника? ????? ??????? ??????
????t????rs??? ???????? ????r?????? ????r????? ????r????? ????t???????
P?????????? ?????r???? ????r????? ??????ts???? ?????????s??? ?r???? ??
??r? ????ts ?? ????str??t?r?? ??? ???????P??t?? ??t??t?rs ?? ????
?r??s? ?? ????? ????r?????? ?????? ????? ? ???????
?? ???s?? ?? ???r?????? ?? ??r? ?? ??rs??? ?? ??????r? ?? ??tt?? P?
????? ?? ????st????? ?? ???????? ?? ??t????? ?? ??????? ?? ??r????? ??
???r???? ?? ??r????? ?? ???r???? ?? ????ts???? ?? P??r????? ?? ?r?ss?
?? ????ss?r??? ?? ??r?????? ?? ???????s?? ????r???????? s?????????t??
??t??t?rs ??s?? ?? ??? s???r??????t??? ??????str??t?r?s ??r ?r??t????
q???t?? ?r??t??r???? ??? ???t?????rr???t??? st????s ?? ????? P??s? ??tt?
??? ?????? ??????
?? ????st????? ?? ??r????? ?? ???ts???? ?? ????????? ?? ???????? ??
????????? ?? ??????? ?? ??r????? ?? ???r???? ?? ????ts???? ?? ?l?s?? ??
???r?????? ?? ?????????? ?? ??r? ?? ??rs??? ?? P??r????? ?? ??t????rs???
?? ?r?ss ??? ?? ???????s?? ????r??????t??? s?????????t?? ??t??t?rs
??s????? ??r ???r?t??? ?t ??????? t????????????t??? ????????t??? ???r???
?? P??s??s? ?????r???? ??r??s ?? ? ???? ??????????
?? ???????r? ?? ???????? ???P?? P????t? ?? P????t??r? ?? ???????t?? ??
?s???? ?? ?????str? ????? ????????r ?? ??r????? ?? ??r????? ?? ??r?????
??? ?? ????ts??? ????r??????t??? s????? ???t?? ??t??t?rs ???? ?? ?????
?????t??? ??t? ?? ?t???? ??r?? ???r?s???? ?? ??????? P??s??s ??tt?rs ???
?????? ????
?? ???r???? ?? ??r????? ?? ???????? ?? ????????? ?? ??r????? ??
????????? ?? ????????? ?? ???r???? ?? ??r????? ?? ????ts???? ?? P????s??
??tr?t??? ??? ??? s???r??????t??? s?????????t?? ??t??t?r ?rr?? ?? ???r???
?? P??s??s? ?????r???? ??r??s ?? ?????? ?????????
??t????rs?? ??? ????ss?r?? ??? ????? ??? P?? ??? ??????? ??? ???r??? ???
???????? ??? ??r???? ??? ??r???? ??? ??r???? ??? ????st???? ??? ????ts???
??? ???????s?? ?? ??r? ????ts ?? ????str??t?r?? ??? ????r??????t???
???????P??t?? ??t??t?rs ??? ?r????s ?? ???? ?r??s??t???s ?? ???????
????r??????t???t?? ?????? ??? ?ss?? ?? ???? P????s?? ???????
??r????? ??? ????t????? ??? ???????? ??? ????????? ??? ???r???? ???
??????? ??? ????ts???? ??? ??????? ??? ???????? ??? ????t? ??? ??rs????
??? ??t????? ??? ???????? ??? ?????? ??? ???r?? ??? ??????? ??? ??r?r?????
??? ?????r? ??? ??r??? ??? ???????? ?? ???????P??t?? ??t??t??? ??st?? ??r
????t?? ??t??s ???????t???s ?? ?????t?? ?????s ?? ????t?? ????tr????s?
???? ???r??? ?? ????? ?s??? ???????? ??????
?? ????ts???? ?? ???????? ?? ??r????? ?? ??r????? ?? ???ts???? ??
????????? ?? ????st????? ?? ????????? ?? ???r???? ?? ??r????? ?? P??? ??
??
????
????
????
????
????
????
????
????
?r?ss? ?? P??r????? ?? ????ss?r??? ?? ???s?? ??? ?? ???????s?? ???????
???r?r?? t? ??s?????????t ??tr???st s???r??????t??? s?????????t?? ??t??t?r ??
???? ?r??s??t???s ?? ??????? ????r??????t???t?? ????? ???????? ??????
?? ?????r? ?? ??r????s? ?? ??????r? ?? ??r????? ?? ????????? ?? ????st?????
?? ???????? ?? ???ts???? ????t????rs??? ???? P??? ?? ?l?s?? ??
?????? ?? ???????s??? ????tr?s???? ??t? ????str??t?r?? ????r??????t???
???????P??t?? ??t??t?rs ?? ???? ???r??? ?? s????t?? t????s ?? ????t??
????tr????s? ???? ??? ?ss?? ?? ?????????? ????
?? ?l?s?? ?? ???r?????? ?? ??r? P? ?r?????? ?? ??
?rs??? ?? ??????r? ?? ??tt??
P? ??
???? ?? P??r????? ?? ?r?ss? ?? P??? ?? ??t????rs??? ?? ????ss?r???
?? ??r?????? ?? ????st????? ?? ??r????? ?? ????????? ?? ????????? ??
???r???? ?? ??r????? ?? ???ts???? ??? ?? ???????s?? ???r?????????? s?????
???t?? ??t??t?r ??s?? ?? ??? s???r??????t??? ????str??t?r?s ??r q???t??
?????????t???s ?? ???r??? ?? ????r? ??t??s? ???????????????? ????
?? ??r????? ?? ???????? ?? ????????? ?? ??t????? ?? ???r???? ??
????????? ?? ??r????? ?? ????ts???? ?? P??? ?? ??t????rs??? ?? ???s?? ??
???????s?? ??tr???st ??? ???? q???t?? ???????? s???r??????t??? s??????
???t?? ??t??t?r?? Pr???????? ?? ?P?? ? ???? ? ???? ???? PP????
? ??r????? ? ????????? ? ??r????? ? ???????? ? ????????? ? ???r????
? ??r????? ? ??????? ? ????????? ? ????st????? ? ???r??? ??? ?
????ts??? ??? ???????? ????r?t??? ?? s???r??????t??? ??????????r?
s?????????t?? ??t??t?rs ??????? ?? ???t?? ?????r r?s?????? ?? ???r??? ??
P??s??s? ?????r???? ??r??s ?? ?????? ??????
???????? ??? ??rs??? ??? ??t???? ??? ?????r? ??? ????? ??? ??tt???? ???
??r???? ??? ???????? ??? ?? ???r???? ?? ???????? ??? ????ts???? ???
?????????s? ?? ?????????? ?? ?????? ???r? ?? ????r??????t??? ??????r?
???t????????r?r?s?????? ??t??t?r ?t t????????????t??? ????????t?s ??
??t?r? P??t????s ?? ??? ? ??? ??????
?? ??r????? ?? ???????? ?? P?? P????t? ?? ??r????? ?? ????????? ??
???????? ?? ????????? ?? ???r???? ?? ??r????? ?? ?? ???????? ??? ??
????ts??? ??tr???st r?s?t t??? ?? s???r??????t??? s????? ???t?? ??t??t?rs
?? ??????? P??s??s ??tt?rs ?? ????? ????? ??????
?? ??r????? ?? ????????? ?? ??rs???? ?? ??t????? ?? ???r?? ?? ?????????
?? ???r???? ?? ??r????? ?? ???????? ?? ????????? ?? ???r??? ??
?????r?? ?? ?????? ?? ??tt????? ?? ?????????s? ?? ?????????? ?? ?????
?? ???ts??? ????r??????t??? ???t?? ?????r r?s?????? ????t?r ??r ???r
???r?r?? ???????t???s ?? Pr??? ?P??? ???? ????? ?????? ??????
?? ????st????? ?? ??r????? ?? ??r????? ?? ????????? ?? ???????? ??
????????? ?? ???r???? ?? ??r????? ?? ??????? ?? ????????? ?? ???r???? ??
????ts??? ????r??????t??? s????? ???t?? ??????r? ??t??t?rs ??????????t
??r ?? ??? ??? ???????t???s ?? ?? ?? ??? ????? P??s??s ??? ???? P??? ???
??
????
????
????
????
????
????
????
????
????
????
??? ??? ??????
??rs?????? ??t????? ?? ???r?? ?? ?????r?? ?? ?????? ?? ??tt????? ??
????????? ?? ??r????? ?? ????????? ?? ???r???? ?? ???????? ?? ???ts???
????r??????t??? ??r????? ??????r? ??t??t?r ??t? ???t?? ?????r r?s??????
????t??????t? ?? ???r??? ?? ????r? ??t??s? ??? ??? ? ???? ??????
??r?st????r ??? ???????? ??? ???????? ??? ??s?????r P?? ???r???t ??? ??r????
??? ??????? ??? ????ts??? ??? ?r??t ?? ? s???r??????t??? ??? ??t??t?r
??r ???tr?? ??????rt????s ?? ????t?????????? ??? ??????? ??????
?? ???ts???? ?? ??r????? ?? ????????? ?? ???????? ?? ??r????? ??
???r???? ?? ????????? ?? ??r????? ?? ??????? ?? ??t????? ?? ???r???? ???
????t????? ?? ????st????? ?? ????????? ??tr???st s???r??????t??? s??????
???t?? ??t??t?r ?? ???r??? ?? ????r? ??t??s? ?????????? ?????? ??? ?ss??
??? ????? P???s ???? ? ????
???? ?анова? Ю?П? ?орнеева? ???? ?орнеев? ?? Слыш? ???? ?оронов?
???? ?ольцман Сверхпроводниковый ??? однофотонный детектор? ин?
тегрированный с четвертьволновым резонатором ?? Письма в ?ТФ?
????? том ??? вып? ??? стр? ?????
?? ??r?????? ?? ???r??? ?? ???????? ?? ??r????? ??? ?? ???ts??? ???
????r?t??? ?? ??????r? ??? ????r??????t??? ???????P??t?? ??t??t?r ??r
???????r?r?? ?? ???? ?r??s ?? ???? ????r????? ???? ??? ?ss?? ?? ????s
???????? ??????
?? ??r????? ?? ????????? ?? ????t????? ?? ??r?????? ?? ???r??? ?? ???????
?? ??????? ?? ??r????? P? ??? ?? ??r??????? ?? ?s?????? ?? ?????????
?? ???r???? ?? ???r???? ??????????? ????r???? ????? ???ts??? ?????t
???????s ?? s???r??????t??? ??? s?????????t?? ??t??t?r ??????????t ??
Pr??? ?P?? ????? P??t?? ????t??? ???????t???s? ????t?? ??t??s? ???
????t?? ????r??t??? ?r??s??r ??? Pr???ss??? ???? ?????? ??????
?? ??r????? ?? ??r?????? ?? ???r??? ?? ??r???? ??? ?? ???ts??? ????tr??
s??s?t???t? ?? ??rr?? str?? ??? s???r??????t??? s?????????t?? ??t??t?r ??
Pr??? ?P?? ????? ?????? ??????
?? ????????? ?? ??r?st????r? ?? ??? ???r? ??????????? ?? ??r????? ??
???????? ??????ts??? ??? ?? ?r??t ???s?t???t? ?? ? s???r??????t???
??????r? ??t??t?r ??r s????? ???s ?t ??? ???r?? ?? ????t????????? ?? ????
??????? ??????
?? ??r????? ??? ??r?????? ?? ???r??? ?? ??r????? ?? ???ts??? ???
??????r? s???r??????t??? s?????????t?? ??t??t?r ??r ???????r?r?? ??
P??s??s Pr??????? ?? ?? ?????? ?????
?? ??s???? ???? ???????? ?? ?????? ?? ??r?????? ?? ?r??????? ?? ??r?????
????? ????rs? ?? ?????? ??? ?? ????ts??? ????t ?? t?? ??r? ???t? ???
?????t?? ????? ?? t?? ??tr??s?? ??t??t??? ???????? ?? ????r??????t???
??????r? ???????P??t?? ??t??t?rs ?? ???? ?r??s? ????? ????r????? ??????
??
????
????
????
????
????
????
???
????
????
????
???????? ??????
??r???? ??? ??r????? ??? ?????? ??? ??r????? P?? ???????? ???
??????? ??? ???????? ??? ????t???? ??? ???r??? ??? ???ts??? ??
?????t ??????r? ????r??????t??? ???????P??t?? ??t??t?r ??t?????t??? ??r
Pr??t???? ???????t???s ?? ???? ?r??s? ????? ????r????? ?????? ????????
??????
?? ????????? ?? ??rt????? ?? ????? ?? ???r???? ?? ??r????? ??
???ts???? ??? ?? ?? P? P?r???? ??s?r?t??? ???????r??? ?? ??? ??????r?s
????s?t?? ?? s?????? ??tr??? ???????t???? ??r???ts ?? ??t??s ???r?ss? ????
??? ?ss?? ??? ??? ??????????? ??????
?? ?? P??t????? ?? ?? ?st????? ??? P? ??r?????? ?? ?? ??r????? ?? ??
??r????? ?? ?? ???r???? ?? ?? ???????? ?? ?? ???t?s???? ?? ?? ????? ??
?? ????????? ??? ?? ?? ?s?? ????r??t ??? t???????? t?r???? ??? ??????r?
?? P??s? ???? ? ??? ????????? ??????
?? P ??r?????? ? ?? ?????????? ?? P P?rs???? ? ? ??????? ? ? ?????????
?? ? ????t????? ? ? ??r????? ? ? ???r???? ? ? ???????? ? ?? ?????????
??? ? ? ???ts??? ????r??????t??? s?????????t?? ??t??t?r ???? ?? ????
??? ?? ????r????? ???? ????????? ????????? ??????
?? ??s???? ???? ???????? ?? ????? ?? ??????? ?? ??r?????? ?? ?r???????
?? ??r????? ?? ????ts???? ?? ?????????? ??? ????? ??
???rs ????t ?? t??
??r? ???t? ?? t?? ??tr??s?? ??t??t??? ???????? ?? s???r??????t??????????r?
s?????????t?? ??t??t?rs ?? ?? ????? P??s? ???? ?????? ??????
?? ??s???? ???? ???????? ?? ??r?????? ?? ?r??????? ?? ??r????? ??
???ts???? ??? ????? ??
???rs ????t ?? ?????t?? ???? ?? t?? ???t??
??t??t??? ?? t??? s???r??????t??? ??????r str??t?r?s P??s? ???? ? ???
??????? ??????
??r???? ????? ??r????? ??P?? ????????? ?????? P?rs??? ??P?? ???????
????? ????????? ?????? ???????? ????? ????t???? ????? ???r??? ?????
??????? ????? ????????? ?????? ???ts??? ????? ???r??t?r???t??? ?? ????
????r??????t??? ???????P??t?? ??t??t?r ?? ?????t?? ????? ?? ???????
????r??????t???t?? ???? ?r??s??t???s ??? ??????? ?s?? ??????
?????r ????? ?????? ??rr?r?? ????? ????????? ?r???r? ?? ???ts????
????????r ??r????? ????r?? ?? P? P?r???? ????????? ??t??r?t??
s???r??????t??? s?????????t?? ??t??t?rs ??t? ???? ??t?r??? q???t??
???????? ?t t?????? ????????t?s ?? ?????t??? ????rts ?? ????? ??????
?????? ??rr?r?? ?????r ????? ????? ????????? ?r???r? ?? ???ts????
????????r ??r????? ????r?? ?? P? P?r????? ????????????t??r?t?? s??????
??? ???t?????t?? ??t??t??? ?t t?????? ????????t?s ?s??? s???r??????t???
??????r?s ?? ????? P??s? ??tt? ???? ?????? ??????
?? ??r???? ?? ???????? ?? ??r????? ??? ??r?????? ?? ????ts???? ???
?? ???r????? ??r?? ?????r?t?r? ??????s ?? ????r??????t??? P??t??
??
??t??t?rs? ????t??? ???r??? ??? ???t???? P??s??????s ?s ????r?t?rs ??
??r? ????ts ?? ?????t??? ????rts ? ??????
???? ????? ?????????? ???P? ??r?????? ???? ???????? ???? ??r???? ???
???? ???ts??? ??rt????ss?st?? ???????s? ?? ???t?? ????t??? ?? ?
s???r??????t??? ??????r? s?????????t?? ??t??t?r r??????? ?? ??t?r???
?????t?? ???? ?? P??s? ???? ??? ?????? ??????
?итература
??? ?? ????ts???? ?? ??????? ?? ????????? ?? ????t??? ?? ???????? ?? ???r????
?? ??r????? ?? ???r?????? ?? ???????s? ?? ???????s??? P???s?????
s???r??????t??? s?????????t?? ??t???? ??t??t?r? ????? P??s? ??tt?? ?? стр?
???????? ?????
??? ?? ?????? ?? ?????r??? ?? ??rr??? ?? ???????? ?? ????ts???? ?? ???????s???
?? ???r??????????? ?? ??rs??????? P???s????? ??t?????tr?? ???r?? r?????t???
?? ??? s???r??????t??? ???t???t??t?rs? ????? P??s? ??tt?? ?????? стр? ?????
?????
??? ??????s??? ?? ??? ?r?? ?? ??? ????? ?? ?? ??rt????ss?st?? ???t?? ????ts ???
t???r ?????t?? ???? ?????????? ?? s?????????t?? s???r??????t??? ??t??t?rs?
P??s? ???? ?? ?? стр? ??????? ?????
??? ??t??? ?? ?? ????????? ?? ?? P??t?? ??t??t??? ?? ??rr??t???rr????
s???r??????t??? ???? ? t????????????t ??????r???????? ???r????? P??s?
???? ?? ?? стр? ??????? ?????
??? ?? ??t??? ?? ?? ?????????? ??tr??s?? ??t??t??? ???????? ?? s???r??????t???
??????r? s????? ???t?? ??t??t?r ?? t?? ??????? ??t s??t ?????? ????r?????
???? ????????? ?? стр? ??????? ?????
??? ?? ?r??? ?? ?????????? ?? ????r???? ?? ???r?????? ????t?t?t??? ?????s?s
?? q???t?? ???s? s???s ?? s???r??????t??? ??76 ??24 ??????r?s r??????? ??
s??t????????rr??t st?t?st??s? P??s? ???? ?? ?? стр? ??????? ?????
??? ?? ??????? ?? ??????? ?? ????r???? ?? ??????????? ?? ???r?????? ??r??t???
?? q???t?? ???s? s??? ???rs ?? s???r??????t??? ??????r?s? P??s? ???? ?? ?
стр? ??????? ?????
??? ?? ???r??? ????? ???????? ?? ????r?t? ?? ?st???? ?? ??rt???s? ????t??
????????s ?? ? ???r?s????? ??r?????? ??? ???s? ????r???? ?? ? ??s???s??
????t???? ???????? ??? стр? ???? ?????
??
??? ?? ??r????
?r??? ??tr??s?? ???t??t???s ?? ? s???r??????t??? r??? ???s?? ??t? ?
??s???s?? ????t???? P??s? ???? ??? ? стр? ???? ?????
???? ?? ??rs???? ?? ?? ??r??? ?? ?? ?t?r?? ?? ??rr???t??? ?? ?? ??t?? ?? ??rr?ts?
?? ???s?????r? ?? ????? ?? ?? ????? ?? P? ??r??? ?? ?? ???? ??t??t???
s????? ???r?r?? ???t??s ??t? ??? s?st?? ????????? ??t?r? P??t????s? ? стр?
???????? ?????
???? ?? ????? ????r??????t??? ?r???rt??s ?? ???r????s ??? ?????? ??? ?????
???s ??r ??r???s?? ??rt?? ????r?? ?? ????? P??s? ????? стр? ???????? ?????
???? ?? ?????? ????r??????t??? ???r??t?r?st??s ??? t??r??? st?????t? ?? t???st???
??s?? ???r????s t??? ???s? ????t?r???s?? ???? стр? ???????? ?????
??
щения ????Ic ???
????Ic ?
установки и ?подсветкой?? Электрический шум трудно фильтровать из?за
малого соотношения сигнал?шум?
?а рисунке ??б? представлена зависимость квантовой эффективности ??
от длины волны для ??0.75 ??0.25 ??P? в диапазоне ??? нм ? ???? нм при токах
смещения ????Ic ?красная кривая? и ????Ic ?синяя кривая?? ?ерхняя черная
кривая результат расчетного поглощения многослойной структуры? состоя?
щей из ? нм ?? ?защитный слой?? ?????? однофотонного детектора ?реше?
точная структура в виде меандра ??? нм сверхпроводящая полоска ? ?? нм
зазор?? согласующего ??? нм слоя диэлектрика ???2 и кремниевой подложки
???
? разделе ??? представлены результаты исследования ???? образцов в
магнитных полях и приводится сравнение этих результатов с моделями фо?
тоотклика? разработанными для ????
Результаты исследований? представленные в настоящей главе? опублико?
ваны в работах ????? ???? из списка работ автора?
? ?лаве ? рассматриваются практические устройства на основе ??P?
и области их применения?
? разделе ??? описывается неразрушающая диагностика сверхбольших
интегральных микросхем? изготовленных по ???П технологии с помощью
детектора ??P? ?????
??
Разработанные нами детекторы были использованы для бесконтакного
оптического анализа микросхем методом P??? ?от англ? P???s????? ???????
??r???t ?????s?s? P????? ?? излучение микросхемы? возникающее под вли?
янием тестовой последовательности электрических импульсов? собирается с
исследуемого участка микросхемы на вход волоконно?оптического кабеля си?
стемой линз? ?алее по световоду излучение передается на сверхпроводящий
детектор? находящийся в криорефрижераторе замкнутого цикла? ?ыла ис?
следована микросхема? изготовленная по ???П технологии с разрешением
???? мкм? работающая на частоте ??? ??ц при напряжении питания ??? ?? ?
процессе тестирования строится гистограмма числа фотоотсчетов от времени?
на которой моменты регистрации фотонов отсчитываются от синхроимпуль?
сов тестовой последовательности?
?спользование ??P? вместо лавинных фотодиодов позволило улучшить
временное разрешение установки и значительно снизить уровень шумов?
? разделе ??? рассматривается определение ?разрешение? числа одно?
временно поглощенных фотонов с помощью детектора в виде параллельно
соединенных ??? полосок? основанного на пространственном мультиплекси?
ровании в субволновом диапазоне ????? ???? ???? ???? ?????
Простейший P???детектор ?от англ? P??t?? ?????r ??s??????? состоит
из N параллельно соединенных сверхпроводящих меандров? рис? ??а?? каж?
дый из которых работает как однофотонный детектор? ?огда фотон погло?
щается i?й полоской? ее ток перераспределяется между N ? 1 оставшимися
полосками и параллельно в ???омную линию высокочастотного усилителя?
?сли m фотонов одновременно ?в интервале времени намного короче време?
ни релаксации тока?? поглощаются в m различных полосках? токи из разных
полосок могут суммироваться на внешней нагрузке? приводя к импульсу на?
пряжения амплитудой Iout (m) ? m/(N I ?m(N ?m)?Ilk )? где ?Ilk ?ток утечки
из каждой сверхпроводящей полоски?
?сциллограмма импульса с ??х секционного детектора площадью
?? мкм ? ?? мкм при освещении его импульсным лазером с длиной волны
??? мкм? полученная в режиме накопления осциллографа? изображена на
рис? ??б?? ?а осциллограмме хорошо различимы все ? амплитуды импульса?
?оличество одновременно поглощенных фотонов определялось по статистике
фотоотсчетов? а именно при среднем количестве фотонов в импульсе n ? 1
вероятность p иметь m фотонов в импульсе согласно распределению Пуассона
p ? nm /m!? Поэтому скорость счета одиночных фотонов пропорциональна n?
пар фотонов пропорциональна n2 ? троек фотонов ? n3 и т?д? ?ыбор импульсов
соответствующей амплитуды осуществлялся установкой надлежащего порога
срабатывания счетчика импульсов?
? разделе ??? продемонстрирована возможность использования сверх?
проводникового однофотонного детектора для регистрации нейтральных мо?
??
??
б?
Рис? ?? а? ?икроснимок P???детектора? различающего число фотонов? полученный с по?
мощью сканирующего электронного микроскопа? б? ?сциллограмма импульса ??х секцион?
ного P???детектора? полученная на осциллографе в режиме накопления? при освещении
детектора импульсным лазером с длиной волны ??? мкм ?длительность импульса ??? пс?
скорость повторения ?? ??ц?? Сплошные кривые обозначены для лучшего восприятия
глазом?
лекул ????? и низкоэнергичных ионов ??????
?золированные нейтральные молекулы были получены десорбционным
методом ?мягкой? ионизации? обусловленной воздействием импульсами ла?
зерного излучения на матрицу с анализируемым веществом? содержащим
аминокислоты триптофана? полипептид грамицидина? инсулина? миоглобина
и гемоглобина? ?а рисунке ??а? представлены время?пролетные гистограммы
для миоглобина ?красные квадраты?? инсулина ?черная сплошная линия? и
гемоглобина ?зеленые круги??
Эффективность детектирования определялась? как отношение числа от?
счетов с детектора при освещении пучком ионов гелия к числу падающих
ионов? которое измерялось с помощью цилиндра Фарадея? ?а рис? ??б? при?
ведена зависимость эффективности детектирования от нормализованного то?
ка смещения ??b ??c ? для ионов гелия с различными значениями кинетических
энергий ??+ ? ?з нее мы оценили радиус горячего пятна ?? используя отноше?
ние между током? соответствующим точке излома ?kb ? и критическим током
?c ? аналогично тому? как это было сделано в работе ????? Радиус горячего
пятна
Rion ??? нм
для ионов с энергией ??? ???
? разделе ??? описана двухканальная система регистрации одиночных
фотонов? спроектированная для исследований в квантовой оптике? изучения
корреляционных функций излучения однофотонных источников ????? ?????
Приемная система была собрана на основе криогенной вставки для
транспортного дьюара? позволяющей откачкой паров гелия получать темпе?
??
??
б?
Рис? ?? а? Распределение времени пролета миоглобина ?красные квадраты?? инсулина ?чер?
ная сплошная линия? и гемоглобина ?зеленые круги?? б? ?ависимость абсолютной эффек?
тивности детектирования от нормализованного тока смещения ??b ??c ? для ионов гелия
??+ при энергиях
Ekin ???? ??
?квадраты?? ??? ?? ?круги?? ??? ?? ?прямые треугольники??
??? ?? ?перевернутые треугольники? ??? ???? ?? ?ромбы?? ?ставка? Увеличенное изображе?
ние кривых? соответствующих минимальной и максимальной энергиям? которые находятся
в согласии с ранее описанной моделью горячего пятна? Точку излома?kb мы использовали
для определения радиуса горячего пятна?
ратуры до ??? ?? Система имела два одинаковых канала? в каждом из которых
был установлен детектор ??P? на одномодовом оптоволокне ????????
При скорости темнового счета ??? импульса в секунду? однофотонная
система регистрации имела квантовую эффективность выше ??? в каждом
канале? ?ля измерения временного джиттера мы использовали счет коррели?
рованных пар фотонов на длине волны ???? нм? сгенерированных с помощью
параметрического рассеяния в кристаллах ?????3 ? ?ы получили джиттер
системы около ?? пс?
? качестве демонстрации применения системы были проведены измере?
ния временного разрешения фотолюминесценции по ???P? ????????rr???t??
???????P??t?? ????t??? ? счет коррелированных по времени фотонов? для
??????s квантовой ямы на длине волны ???? нм при комнатной температу?
ре? ?ля сравнения мы использовали однофотонный лавинный ?????s диод
компании ?? ????t?q?? в гейгеровском режиме с частотой гейтов ??? к?ц? с
длительностью гейта ??? нс и с временем задержки ?? мкс?
Результаты исследований? представленные в настоящей главе? опубли?
кованы в работа? ???? ???? ???? ???? ???? ???? ???? ???? ???? ???? ???? из
списка работ автора?
? заключении сформулированы научные результаты работы?
? Предложено объяснение нового эффекта однофотонного детектирова?
ния в полосках шириной ???? нм из разупорядоченных тонких сверх?
??
проводящих пленок ??? при температуре
тической
Tc ?
T?
значительно ниже кри?
но при наличии транспортного тока
риментальному критическому току
Ic ?
I?
близкого к экспе?
Экспериментально изучены та?
кие характеристики однофотонного ??? детектора на основе обнару?
женного эффекта? как? квантовая эффективность ?чувствительность??
быстродействие? джиттер ?нестабильность переднего фронта импуль?
са?? спектральная чувствительность? скорость темнового счета? ?еталь?
но исследован механизм однофотонного детектирования с применением
магнитных полей? экспериментально подтверждена правильность вих?
ревой модели горячего пятна?
?
Проведенные исследования позволили разработать практический при?
бор на основе сверхпроводникового однофотонного детектора? значи?
тельно превосходящий существующие аналоги по чувствительности и
быстродействию? Продемонстрирована работа такого детектора в ря?
де областей? неразрушающей диагностики сверхбольших интегральных
микросхем? изготовленных по ???П технологии? регистрации ней?
тральных молекул и низкоэнергичных ионов? Разработан новый тип
детектора? разрешающего число одновременно поглощенных фотонов?
представляющий собой
N
параллельно соединенный узких сверхпрово?
дящих полосок? Разработана двухканальная система регистрации оди?
ночных фотонов? которая может быть использована в квантовой оптике
и и для квантовых систем связи? для изучения корреляционных функ?
ций однофотонного инфракрасного излучения квантовых точек?
?
?етально исследована вероятность спонтанного возникновения рези?
стивного состояния? определяющая темновой счет детектора? в зависи?
мости от толщины пленки и рабочей температуры? ?ыяснен вклад про?
цессов проскальзывания фазы? макроскопического квантового тунне?
лирования и термических флуктуаций в процессы возникновения спон?
танного резистивного состояния в узких сверхпроводящих полосках с
током? близким к критическому? в широком диапазоне температур ни?
же
Tc ?
Показано? что способ возникновения резистивного состояния в
узких сверхпроводящих полосках ??? ниже Tc зависит от температуры?
Подтверждена роль флуктуационных вихрей в возникновении спонтан?
ных ?темновых? отсчетов для ??? и
????x ??1?x
сверхпроводящих де?
текторов? Установлены различия в механизмах спонтанного ?темновые
отчеты? и фотоиндуцированного формирования резистивного состоя?
ния?
?
?бнаружен однофотонный отклик в сверхпроводящих полосках шири?
ной ??? нм из аморфной пленки ????x ??1?x толщиной ? нм на длине вол?
ны ???? нм? ?сследованы характеристики
????x ??1?x
детектора? кван?
товая эффективность? скорость темнового счета? джиттер? спектраль?
??
ная чувствительность? ?етальное исследование отклика с помощью маг?
нитных полей показало? что механизм однофотонного детектирования?
также? как и механизм возникновения темновых отсчетов в пленках ??
??x ??1?x аналогичен механизму в пленках ????
?сновные результаты диссертации? опубликованные в журналах? вклю?
ченных в Перечень ведущих рецензируемых научных журналов
????
??? ?? ???????? ?? ????ts???? ?? ??r???? ????t?? ??t??t??? ?? ??rr??t
??rr???? s???r??????t??? ??? ?? P??s??? ?? ??? ?????? ??? ???????
??? ???????? ????r?????? ?????s?? ??????????? ????r????? ??????t???
?????????
??????ts????
???
?????????s??
????r?r?s?????
???r??t?r???t??? ?? ??? ????r??????t??? ???????P??t?? ??t????
??t??tr?s? ?? ?? ?P???????????P?? ???????? ???t??? ??
??t?????tr?????P??t????s???? ?????????P?? ???????? ????????? ??????
??? ?????????s???? ? ?? ? ?????? ?????????s? ???????? ????r??????
??????????? ????r????? ??????t??? ????????? ?????r???? ??????ts????
????tr?? s??s?t???t? ?? t?? ??? s?????????t?? s???r??????t??? ??t??t?r ??
????? ?r??s??t???s ?? ????tr????s? ???? ????? ??? ???? ????
??? ?? ??r?????? ?? ?????? ?? ???s?? ?? ???????s??? ?? ????t??? ?? ???????
?? ????????? ?? ??r????? ??? ?? ?? ????ts??? ????r??????t??? ???????
P??t?? ??t??t?rs ??r ??????t? ?r???????? ????t?? ?????????t???s ??
??? ?r???????? ??s?r ?????????t??? ??? ??s?r ??????? ??? ??? ?? ?? ??
??????? ??? ?? ?? ?????? Pr??? ?P?? ???? ????? ??? ???????? ??????
??? ????r?????? ???????? ?????????s??? ??????t??? ????????? ???????????
????r????? ?????r???? ??????ts???? ?? ??????? ??t??t??? ????????
?? ??r?????t?????r?? ??? s?????????t?? s???r??????t??? ??t??t?rs ??
??tr??????t t? ???r????r?r?? r???? ?? ??????? P??s??s ??tt?rs? ????? ????
????????????? ????
??? ??????t??? ????????? ?????r???? ??????????? ????r????? P??????????
??????ts???? ???????? ?????s?? ????r?????? ?????????s?? ?? ??tr???st
??? ??t?????tr?? ???????P??t?? ??t??t?r ??r ????tr???? ???????t???s ??
????r??????t?r ??????? ??? ??????????? ??? ??????????? ????
??? ????r????? ??????t??? ????????? ??????????? ?????r???? ??????ts????
???????? ?????s?? ????r?????? ?????????s?? ??? ????t??? r?t? ??? s??????
???t?? ??t??t?r ??r ?? ??????st??s ?? ???r?????tr???? ???????r???? ??s????r?
??? ??? ???????? ??????
??? ?? ?????? ?? ???s?? ?? ??r?????? ?? ??????? ?? ????????? ?? ??r?????
?? ????t??? ?? ?? ????ts???? ??? ?? ???????s?? ??s???s? ????
???r??t?r???t??? ?? ??? ????r??????t??? ???????P??t?? ??t??t?rs ?? ????
?r??s??t???s ?? ??????? ????r??????t???t?? ???? ??? ??? ?? ???? ????? ???
???????
??
??? ?? ?????? ?? ??????????? ?? ????????? ?? ??s?????s? ?? ?? ????ts???? ??
??r????? P? ????????? ?? ???????t?? ?? ??? ?? ?????s??? ?? ??????? ??
P??r????? ?? ???s?? ?? ??r?????? ?? ???s??r? ?? ?s??? ??? ?????????s??
????????s??? ???? ??r???t t?st??? ??t? ??? s???r??????t??? s??????
???t?? ??t??t?rs ?? ????t? ??tt? ??? ?????????? ??????
???? ?? ???ts???? ?? ??r????? ?? ???????? ?? ???r???? P? ????????? ??
??r????? ?? ???r???? ?? ??r?????? ?? ?????? ?? P??r????? ?? ???s? ???
?? ???????s?? ?????str??t?r?? s???r??????t??? s?????????t?? ??t??t?rs
?? ??????r ??str????ts ??? ??t???s ?? P??s??s ??s??r?? ???t??? ??
??????r?t?rs? ????tr???t?rs? ??t??t?rs ??? ?ss????t?? ?q??????t ? ??? ????
?ss??s ??? ? ?? ??r?? ????? ?? ???????
???? ?? ??r????? P? ????????? ?? ??t??????? ?? ????????? ?? ???r??????
??r????? ??? ?? ?? ????ts???? ?? ??rr??? ?? ?? ??? ?? ???s??r? ?? ??????
?? ???s?? ?? P??r????? ?? ??r?????? ??? ????? ???????s?? ???s?t???t?
??? ??????rt? ????t??? ??r??r????? ?? ??? s???r??????t??? s?????????t??
??t??t?rs ?? ??????? P??s??s ??tt?rs ?????? ??? ?????r ??? ?? ???? ?????
?? ?????????
???? ????r?????? ??P??r????? ?????s?? ???????? ????rr??? ????r?????
??????????? ????????? P?????????? ?????r???? ????r????? ??
????ts???? ?? ???????s?? ??tr???st s???r??????t??? s?????????t??
??t??t?rs ??r ???r????r?r???????????t? q???t?? ?????????t???s ??
???r??? ?? ????r? ??t??s? ???? ?????? ? ???? ????? ?????????
???? ??????ts???? ????r????? ?????ts???? ??????st????? ???????????
?????????? ?????r???? ????r????? ?????s?? ??P??r????? ????r??????
?????????s??? ??tr???st s???r??????t??? s?????????t?? ??t??t?rs ??r ???r?
???r?r???????????t? q???t?? ?????????t???s ?? P??s? ?t?t? ????? ?? ?? ??
? ?????????? ????
???? ??P??r????? ???r?ss? ?????s?? ???????? ????r?????? ????rr??? ????r?????
P?????????? ?????r???? ????r????? ??????ts???? ?????????s???
??????rt? ????t??? r?t?s ?? ??? s?????????t?? ??t??t?rs ??r q???t??
?????????t???s ?? ???? ?r??s? ?? ????? ????r?????? ?????? ??????
???????
???? ????r????? ????t??????? ?? ???????? ??????st????? ?????ts????
??????????? ?????r???? ????r????? ?????t?s???? ?????s?? ??P??r?????
????r?????? ?????????s??? ????t?? ???????? ??? ???s? ?q???????t ????r
?? ????str??t?r??? ???? s?????????t?? ??t??t?rs ?? t?? ????????t? r????
?r?? ??s???? t? ???r?r?? ?? ???? ?r??s? ?? ????? ????r?????? ?????? ??????
???????
???? ?? ?орнеев? ?? ?инаева? ? Рубцова? ? ?илостная? ?? Чулкова? ?? ?о?
ронов? ?? Смирнов? ?? Селезнев? ?? ?ольцман? ?? P??r????? ?? ???s?? ??
?r?ss? P? ????r??? ?? ??r?????? ??? ?? ???????s?? Сверхпроводящий одно?
??
????
????
????
????
????
????
????
????
фотонный детектор на основе ультратонкой пленки ??? ?? ?вантовая
электроника? ????? ??????? ??????
????t????rs??? ???????? ????r?????? ????r????? ????r????? ????t???????
P?????????? ?????r???? ????r????? ??????ts???? ?????????s??? ?r???? ??
??r? ????ts ?? ????str??t?r?? ??? ???????P??t?? ??t??t?rs ?? ????
?r??s? ?? ????? ????r?????? ?????? ????? ? ???????
?? ???s?? ?? ???r?????? ?? ??r? ?? ??rs??? ?? ??????r? ?? ??tt?? P?
????? ?? ????st????? ?? ???????? ?? ??t????? ?? ??????? ?? ??r????? ??
???r???? ?? ??r????? ?? ???r???? ?? ????ts???? ?? P??r????? ?? ?r?ss?
?? ????ss?r??? ?? ??r?????? ?? ???????s?? ????r???????? s?????????t??
??t??t?rs ??s?? ?? ??? s???r??????t??? ?
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
3
Размер файла
2 111 Кб
Теги
детектор, сверхпроводящих, пленок, pdf, nbn, mosi, однофотонные, тонкий
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа