新型超导纳米线单光子探测材料与器件物理研究

光量子通信中，基于"海森堡不确定理论"的量子密钥技术是目前最为有效的保密通讯技术，其实现离不开对光量子的可靠检测。但单光子能量极小且为非连续光，所以对单光子的探测需要特别的材料与器件物理。以超导纳米线作为光敏感单元的探测器具有单光子探测精度，趋近于零的暗计数率以及皮秒量级的低时间抖动，在可见至中红外波段光量子通信中应用前景广阔。本项目拟利用聚焦离子束纳米尺度精度的材料直写生长技术，生长具有纳米尺度边沿平整度的超导钨纳米线结构，制备无颗粒边界的BCS无序超导体纳米线单光子探测器，系统研究材料与器件的结构效应、量子尺寸效应、相位滑移机制以及热耦合效应；通过材料性能调制与器件结构设计，揭示提高器件探测量子效率与计数速率、降低暗计数率并拓展其频谱探测范围的物理机理与途径；研究影响超导纳米线单光子探测器性能稳定性的关键因素、探索性能优化机制；为超导纳米线在单光子探测上的应用奠定基础。

光量子通信中的量子密钥技术是目前最为有效的保密通讯技术，其实现离不开对光量子的可靠检测。但单光子能量极小且为非连续光，所以对单光子的探测需要特别的材料与器件物理。本项目利用聚焦离子束进行了纳米尺度精度钨混合物的直写生长，获得了纳米尺度边沿平整度的超导钨纳米线结构，系统研究了材料的结构效应、尺寸效应、以及由热激发诱导的超导相位滑移机制；研究了自支撑纳米线特性的测量方法与三维超导纳米线的构建技术，揭示了三维纳米结构的成型机制，并研究了结构的超导特性；掌握了通过材料本征性能调制与结构设计，获得多种结构的方法与手段。为超导纳米线在单光子探测上的应用奠定了基础。取得的成果包括在国际刊物上发表SCI论文14篇，出版著作章节6章(中文4、英文2)，申请专利8项,培养博士生2名。