|
|
Seliverstov, S. V., Anfertyev, V. A., Tretyakov, I. V., Ozheredov, I. A., Solyankin, P. M., Revin, L. S., et al. (2017). Terahertz heterodyne receiver with an electron-heating mixer and a heterodyne based on the quantum-cascade laser. Radiophys. Quant. Electron., 60(7), 518–524.
Abstract: We study characteristics of the laboratory prototype of a terahertz heterodyne receiver with an electron-heating mixer and a heterodyne based on the quantum-cascade laser. The results obtained demonstrate the possibility to use this receiver as a basis for creation of a high-sensitivity terahertz spectrometer, which can be used in many basic and practical applications. A significant advantage of this receiver will be the possibility of placing the mixer and heterodyne in the same cryostat, which will reduce the device dimensions considerably. The obtained experimental results are analyzed, and methods of optimizing the parameters of the receiver are proposed.
|
|
|
|
Hajenius, M., Baselmans, J. J. A., Gao, J. R., Klapwijk, T. M., de Korte 2, P. A. J., Voronov, B., et al. (2004). Increased bandwidth of NbN phonon cooled hot electron bolometer mixers. In Proc. 15th Int. Symp. Space Terahertz Technol. (pp. 381–386).
Abstract: We study experimentally the IF gain bandwidth of NbN phonon-cooled hot-electron-bolometer (HEB) mixers for a set of devices with different contact structures but an identical NbN film. We observe that the IF bandwidth depends strongly on the exact contact structure and find an IF gain bandwidth of 6 GHz for a device with an additional superconducting layer (NbTiN) in between the active NbN film and the gold contact to the antenna. These results contradict the common opinion that the IF bandwidth is determined by the phonon-escape time between the NbN film and the substrate. Hence we calculate the IF gain bandwidth of a superconducting film using a two-temperature model. We find that the bandwidth increases strongly with operating temperature and is not limited by the phonon escape time. This is because of strong temperature dependence of the phonon specific heat in the NbN film.
|
|
|
|
Kuznetsov, K. A., Kornienko, V. V., Vakhtomin, Y. B., Pentin, I. V., Smirnov, K. V., & Kitaeva, G. K. (2018). Generation and detection of optical-terahertz biphotons via spontaneous parametric downconversion. In Proc. ICLO (303).
Abstract: We study spontaneous parametric downconversion (SPDC) in the strongly non-degenerate regime when the idler wave hits the terahertz range. By using the hot-electron bolometer, for the first time the SPDC-generated idler-wave photons were directly detected in the terahertz frequency range. Spectrum of corresponding signal photons was measured using standard technique by the CCD camera. Possible applications of correlated optical-terahertz biphotons are discussed.
|
|
|
|
Baeva, E. M., Titova, N. A., Kardakova, A. I., Piatrusha, S. U., & Khrapai, V. S. (2020). Universal bottleneck for thermal relaxation in disordered metallic films. Jetp Lett., 111(2), 104–108.
Abstract: We study the heat relaxation in current biased metallic films in the regime of strong electron–phonon coupling. A thermal gradient in the direction normal to the film is predicted, with a spatial temperature profile determined by the temperature-dependent heat conduction. In the case of strong phonon scattering, the heat conduction occurs predominantly via the electronic system and the profile is parabolic. This regime leads to the linear dependence of the noise temperature as a function of bias voltage, in spite of the fact that all the dimensions of the film are large compared to the electron–phonon relaxation length. This is in stark contrast to the conventional scenario of relaxation limited by the electron–phonon scattering rate. A preliminary experimental study of a 200-nm-thick NbN film indicates the relevance of our model for materials used in superconducting nanowire single-photon detectors.
|
|
|
|
Baselmans, J. J. A., Hajenius, M., Gao, J. R., Baryshev, A., Kooi, J., Klapwijk, T. M., et al. (2004). Hot electron bolometer mixers with improved interfaces: sensitivity, LO power and stability. In Proc. 15th Int. Symp. Space Terahertz Technol. (pp. 17–24).
Abstract: We study twin slot antenna coupled NbN hot electron bolometer mixers with an improved contact structure and a small volume, ranging from 1 µm × 0.1 µm to 2 × 0.3 µm. We obtain a DSB receiver noise temperature of 900 K at 1.6 THz and 940 K at 1.9 THz. To explore the practical usability of such small HEB mixers we evaluate the LO power requirement, the sensitivity and the stability. We find that the LO power requirement of the smallest mixers is reduced to about 240 nW at the Si lens of the mixer. This value is larger than expected from the isothermal technique and the known losses in the lens by a factor of 3-3.5. The stability of these receivers is characterized using a measurement of the Allan Variance. We find an Allan time of 0.5 sec. in an 80 MHz bandwidth. A small increase in stability can be reached by using a higher bias at the expense of a significant amount of sensitivity. The stability is sufficient for spectroscopic applications in a 1 MHz bandwidth at a 1 Hz chopping frequency.
|
|
|
|
Zolotov, P., Divochiy, A., Vakhtomin, Y., Moshkova, M., Morozov, P., Seleznev, V., et al. (2018). Photon-number-resolving SSPDs with system detection efficiency over 50% at telecom range. In Proc. AIP Conf. (Vol. 1936, 020019).
Abstract: We used technology of making high-efficiency superconducting single-photon detectors as a basis for improvement of photon-number-resolving devices. By adding optical cavity and using an improved NbN superconducting film, we enhanced previously reported system detection efficiency at telecom range for such detectors. Our results show that implementation of optical cavity helps to develop four-section device with quantum efficiency over 50% at 1.55 µm. Performed experimental studies of detecting multi-photon optical pulses showed irregularities over defining multi-photon through single-photon quantum efficiency.
|
|
|
|
Смирнов, К. В. (2000). Энергетическая релаксация электронов в 2D-канале гетеропереходов GAAS/ALGAAS и транспортные процессы в структурах полупроводник-сверхпроводник на их основе. Ph.D. thesis, , .
Abstract: Диссертация посвящена изучению электрон-фононного взаимодействия в двумерном электронном газе, образующемся на границе раздела полупроводников AlGaAs и GaAs, а также созданию на основе гетероперехода GaAs/AlGaAs и сверхпроводника NbN гибридных структур сверхпроводник-полупроводник-сверхпроводник и изучению их электрофизических свойств.
|
|
|
|
Корнеев, А. А., Окунев, О. В., Чулкова, Г. М., Смирнов, К. В., Милостная, И. И., Минаева, О. В., et al. (2015). Спонтанные и фотоиндуцированные резистивные состояния в узких сверхпроводящих NbN полосках. МПГУ.
Abstract: Монография посвящена актуальной проблеме современной фотоники: разработке высокочувствительных и быстродействующих сверхпроводниковых однофотонных детекторов на основе тонкой пленки NbN. В работе исследуются неравновесные процессы, протекающие в тонкой сверхпроводящей пленке после поглощения инфракрасного фотона и приводящие к возникновению резистивного состояния. На этих процессах основан механизм фотоотклика исследуемого в работе однофотонного детектора. В частности, исследуются зависимости квантовой эффективности и скорости темнового счета от геометрических параметров детектора: толщины пленки, ширины полоски, а также от величины транспортного тока детектора. Монография предназначена для студентов старших курсов, аспирантов и начинающих исследователей, работающих в области сверхпроводниковой наноэлектроники и радиофизики.
|
|
|
|
Чулкова, Г. М., Корнеев, А. А., Смирнов, К. В., & Окунев, О. В. (2012). Энергетическая релаксация в примесных металлах, двумерном электронном газе в AlGaAs-GaAs, сверхпроводниковых пленках NbN и детекторы субмиллиметрового и ик излучения на их основе. Прометей, МПГУ.
Abstract: Монография посвящена обзору исследований влияния эффектов электронного беспорядка на электронное взаимодействие в металлах, сверхпроводниках, полупроводниках, а также в различных низкоразмерных структурах. Актуальность поднятых в монографии вопросов определяется интенсивным развитием нанотехнологий, созданием новых наноструктурированных материалов и уникальных наноэлементов для электроники и фотоники. Упругое электронное рассеяние на границах наноструктур качественно меняет взаимодействие электронов с фонолами, что, безусловно, должно учитываться при проектировании соответствующей элементной базы. Прикладная часть работы посвящена контролируемой модификации электронных процессов для оптимизации новых наносенсоров на основе электронного разогрева в сверхпроводниковых и полупроводниковых структурах. Монография предназначена для студентов старших курсов, аспирантов и начинающих следователей, работающих в области сверхпроводниковой наноэлектроники.
|
|
|
|
Вахтомин, Ю. Б., Антипов, С. В., Масленников, С. Н., Смирнов, К. В., Поляков, С. Л., Чжан, В., et al. (2006). Квазиоптические смесители терагерцового диапазона на основе эффекта разогрева электронов в тонких пленках NbN. In Proc. 16th Int. Crimean Microwave and Telecommunication Technology (Vol. 2, pp. 688–689).
Abstract: Представлены результаты измерения рактеристик смесителей на эффекте разогрева электронов в тонких сверхпроводниковых пленках NbN. Смесители были изготовлены на основе пленок NbN толщиной 2-3.5 нм осажденных на кремниевую подложку с буферным подсло- ем MgO. Смесительный элемент согласовывался с планар- ной логопериодической спиральной антенной. Лучшее зна- чение шумовой температуры приемника на основе NbN смесителя составило 1300 К и 3100 К на частотах гетеро- дина 2.5 TГц и 3.8 ТГц, соответственно. Максимальное зна- чение полосы преобразования, измеренной на частоте 900 |Ц, достигло значения 5.2 ГГц для смесителя изготовлен- ного из NbN пленки толщиной 2 нм. Оптимальная мощность Представлены результаты измерения ха- гетеродинного источника составила 1-3 мкВт для смесите- лей с различным объемом смесительного элемента.
|
|
|
|
Селиверстов, С. В., Финкель, М. И., Рябчун, С. А., Воронов, Б. М., Каурова, Н. С., Селезнев, В. А., et al. (2014). Терагерцевый сверхпроводниковый детектор с аттоджоулевым энергетическим разрешением и постоянной времени 25 пс. In Труды XVIII международного симпозиума «Нанофизика и наноэлектроника» (Vol. 1, pp. 91–92).
Abstract: Представлены результаты измерения энергетического разрешения терагерцевого сверхпроводникового NbN-детектора на эффектеэлектронного разогрева, работающего при температуре около 10 К. Использование инновационной in situ технологии производства привело к существенному улучшению чувствительности детектора. Увеличение быстродействия детектора было достигнуто за счет реализации дополнительного диффузионного канала охла-ждения электронной подсистемы. Измеренное значение эквивалентной мощности шума на частоте 2.5 ТГц составило 2.0×10-13Вт•Гц-0.5, постоянной времени 25 пс. Соответствующее расчетное значение энергетического разрешения составило 2.5 аДж.
|
|
|
|
Корнеев, А. А., Минаева, О., Рубцова, И., Милостная, И., Чулкова, Г., Воронов, Б., et al. (2005). Сверхпроводящий однофотонный детектор на основе ультратонкой пленки NbN. Квантовая электроника, 35(8), 698–700.
Abstract: Представлены результаты исследований сверхпроводящих однофотонных детекторов, изготовленных из ультратонкой пленки NbN. Развитие технологического процесса изготовления детекторов, а также снижение рабочей температуры до 2 К позволили существенно увеличить квантовую эффективность: для видимого света (λ = 0.56 мкм) она составила 30%–40%, т.е. достигла предела, определяемого коэффициентом поглощения пленки. С ростом длины волны квантовая эффективность экспоненциально падает, составляя ~20% на λ=1.55 мкм и ~0.02% на λ = 5 мкм. При скорости темнового счета ~10-4s-1 экспериментально измеренная эквивалентная мощность шума составила 1.5 × 10-20 Вт/Гц-1/2; в дальнейшем она может быть уменьшена до рекордно низкого значения 5 × 10-21 Вт/Гц-1/2. Временное разрешение детектора равно 30 пс.
|
|
|
|
Смирнов, К. В. (2009). Создание приборов на сверхпроводниковых счетчиках фотонов и методов диагностики КМОП микросхем, гетероструктур и лазеров на квантовых точках. Министерство образования и науки РФ.
Abstract: Этап №1 (дата окончания: 30.09.2009)
Разработана методика изготовления сверхпроводниковых однофотонных детекторов (SSPD) с монокристаллической структурой пленки сверхмалой толщины. Изготовлены экспериментальные образцы сверхпроводниковых однофотонных детекторов (SSPD). Разработана методика пакетирования сверхпроводникового однофотонного детектора в оптический узел с одномодовым оптоволокном. Изготовлены экспериментальные образцы приемных модулей на основе однофотонных сверхпроводниковых детекторов из NbN-нанопленок.
Этап №2 (дата окончания: 28.10.2009)
Разработаны методы диагностики КМОП микросхем, гетероструктур и лазеров на квантовых точках и методика измерения мощности излучения полупроводниковых лазеров на квантовых точках с использованием сверхпроводниковых однофотонных детекторов (SSPD). Проведена технико-экономическая оценка рыночного потенциала полученных результатов.
|
|
