High-timing-precision detection of single X-ray photons by superconducting nanowires

光子 氮化铌 光子学 物理 探测器 皮秒 超短脉冲 光子计数 光学 光电子学 氮化物 材料科学 纳米技术 激光器 图层(电子)
作者
Shuya Guo,Jingrou Tan,Hengbin Zhang,Jinguang Wang,Tianhao Ji,Labao Zhang,Xiaolong Hu,Jian Chen,Jun Xie,Kai Zou,Yun Meng,Xiaomin Bei,Ling-An Wu,Qi Chen,Hao Wang,Xuecou Tu,Xiaoqing Jia,Qingyuan Zhao,Lin Kang,Peiheng Wu
出处
期刊:National Science Review [Oxford University Press]
卷期号:11 (1) 被引量:6
标识
DOI:10.1093/nsr/nwad102
摘要

Abstract Precisely acquiring the timing information of individual X-ray photons is important in both fundamental research and practical applications. The timing precision of commonly used X-ray single-photon detectors remains in the range of one hundred picoseconds to microseconds. In this work, we report on high-timing-precision detection of single X-ray photons through the fast transition to the normal state from the superconductive state of superconducting nanowires. We successfully demonstrate a free-running X-ray single-photon detector with a timing resolution of 20.1 ps made of 100-nm-thick niobium nitride film with an active area of 50 μm by 50 μm. By using a repeated differential timing measurement on two adjacent X-ray single-photon detectors, we demonstrate a precision of 0.87 ps in the arrival-time difference of X-ray photon measurements. Therefore, our work significantly enhances the timing precision in X-ray photon counting, opening a new niche for ultrafast X-ray photonics and many associated applications.

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