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Superconducting nanowire single-photon detectors with saturated quantum efficiency at 1550 nm on single-crystal diamond substrates

钻石 光电子学 材料科学 纳米线 化学气相沉积 量子效率 单晶 偏压 光学 物理 化学 结晶学 量子力学 复合材料 电压
作者
Zhi Qin,Mingxue Huang,Tao Tao,Xiaohan Wang,Han Bao,Tao Xu,Xuecou Tu,Labao Zhang,Qingyuan Zhao,Xiaoqing Jia,Lin Kang,Jian Chen,Peiheng Wu
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:124 (18) 被引量:1
标识
DOI:10.1063/5.0205809
摘要

Single-crystal diamond possesses exceptional physical and optical properties, rendering it an ideal platform for integrated quantum optics. The direct integration of broadband-sensitive and high-performance single-photon detectors on diamond holds significant implications for the realization of integrated diamond quantum optical circuits. In this study, we polished the diamond surface with RMS (root mean square) below 0.6 nm suitable for the deposition and patterning of NbN thin films through ion beam etching. Subsequently, we fabricated superconducting nanowire single-photon detectors directly on the polished diamond substrates and characterized for their electrical and optical properties. The NbN-SNSPD exhibited a high critical current density (2 MA cm−2), a saturated quantum efficiency (QE) below 2.5 K, and a maximum value of QE up to 88% at 4 K. These findings offer a promising solution for fully integrated quantum optical chips on single-crystal diamond substrates.
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