《納米超導單光子探測陣列器件的新技術與新方法研究》是依託電子科技大學,由熊杰擔任醒目負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：納米超導單光子探測陣列器件的新技術與新方法研究
- 依託單位：電子科技大學
- 項目類別：重大研究計畫
- 項目負責人：熊杰
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
單光子探測技術在通信、量子信息、螢光和拉曼光譜學等領域有著廣泛的套用需求，但傳統的單光子探測技術存在顯著的缺陷，嚴重製約了其套用和發展。新型的“超導納米線單光子探測”被認為是一種潛在的、革命性的單光子探測技術，擁有所有關鍵參數的突破，包括可升級性、寬頻效能、高信噪比、快速等。本項目利用聚合物配位金屬離子形成均相前驅溶液，集物理和化學法的優勢從分子層面控制外延超薄薄膜大面積均勻生長，通過揭示聚合物輔助沉積可控生長的一般規律，創建超導納米線群組刻蝕的新技術，研究超薄薄膜微結構/納米線形態（包括厚度、線寬、線長，線密度）與器件性能（檢測效率、暗子數、時間分辨等）的關聯性，實現高效的納米線陣列超導單光子探測系統的開發，為真正實現實用化的單光子照相機奠定堅實的基礎。這對於提升我國在物理、化學、信息等領域基礎研究水平，解決國家重大需求中的一些基礎科學與關鍵技術問題，有望起著重要的推動作用。
結題摘要
單光子探測技術在通信、量子信息、螢光和拉曼光譜學等領域有著廣泛的套用需求，但傳統的單光子探測技術存在顯著的缺陷，嚴重製約了其套用和發展。本項目從新材料、器件新結構以及工藝實現等幾方面展開研究，成功實現了新型超導單光子探測研究。本項目已經實現了預期目標，取得的創新成果如下： 1. 採用磁控濺射法在SrTiO3上生長了高性能單晶YBCO薄膜，以超薄多孔氧化鋁AAO做模板，用反應離子刻蝕的方法，得到了具有納米蜂巢周期性結構的YBCO薄膜，通過調控納米蜂壁厚實現了從超導態到金屬態再到絕緣態的量子相變，並且首次在各個態都清晰地觀測到了庫伯對的量子磁通震盪。 2. 通過反應磁控濺射技術和聚合物輔助沉積技術，成功製備了高性能的5nm厚的NbN超導薄膜，利用電子束刻蝕技術製備寬度為100 nm以內且寬度均勻邊緣整齊的迂迴超導納米線，並製備接觸電極，最終將其組裝為超導納米線單光子探測器（SNSPD）。 3. 運用超快雷射pump-probe技術對其YBCO多孔薄膜電荷動力學進行了研究，研究了光子在超導體內激發大量的熱電子的弛豫行為，證明了其熱電子ps量級的超快弛豫時間。成功實現了人工納米孔超導絕緣相變的YBCO薄膜的新型單光子器件的製備。為下一步實現高速的中紅外單光子探測器以及陣列打下了堅實的實驗和理論基礎。 4. 發表SCI收錄論文17篇，其中Advanced Functional Materials論文3篇；獲授權中國發明專利4項，正申請中國發明專利4項；撰寫中文專著1部，邀請報告3人次。培養博士生1名，碩士3名。 全部達到了預期目標。
