.Breakthrough in High-Performance Fractal Nanowire Photon Detectors
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.Breakthrough in High-Performance Fractal Nanowire Photon Detectors
고성능 프랙탈 나노와이어 광자 검출기의 획기적인 진전
전기 및 전자 기술자 협회 에서 제공2025년 2월 17일 고급 프랙탈 초전도 나노와이어 단일 광자 검출기(SNSPD) IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics에 게재된 이 연구는 프랙탈 SNSPD를 제작하기 위한 자세한 가이드를 제공하는 동시에 제작 과정에서의 주요 과제를 다룹니다. 이 연구의 목표는 연구자들이 민감도가 높고 신뢰할 수 있는 검출기를 개발하도록 돕는 것입니다. 출처: Creative Commons
Search Repository를 통한 brixendk의 "광섬유" 연구자들은 확장 가능한 단일 광자 검출기의 설계 및 성능 문제를 극복하기 위한 새로운 제조 기술을 개발했습니다. 아크 프랙탈 SNSPD를 위한 새로운 제조 기술은 광자 감지를 개선하고, 양자 컴퓨팅을 강화하며 , 안전한 통신을 보장합니다. 과학자들은 재료와 공정을 최적화하여 이러한 감지기를 그 어느 때보다 더 효율적으로 만들었습니다.
광자 감지로 전자기술 혁신 빛 감지는 고속 통신에서 양자 컴퓨팅 및 감지에 이르기까지 현대 기술에서 중요한 역할을 합니다. 이러한 시스템의 핵심은 개별 빛 입자(광자)를 식별하고 측정하는 광자 검출기입니다. 매우 효과적인 유형 중 하나는 초전도 나노와이어 단일 광자 검출기(SNSPD)입니다. 이러한 검출기는 광자에 부딪히면 초전도 상태에서 저항 상태로 즉시 전환되는 초박형 초전도 와이어를 사용하여 매우 빠른 감지가 가능합니다. 성능을 향상시키기 위해 이러한 검출기의 나노와이어는 페아노 아크-프랙탈 패턴으로 배열되어 있으며, 이는 다양한 규모에서 일관되게 유지되는 고유한 구조입니다. 이 프랙탈 설계를 통해 SNSPD는 방향이나 편광(전기장의 방향)에 관계없이 광자를 감지할 수 있어 매우 다재다능합니다.
아크-프랙탈 SNSPD(AF SNSPD)는 뛰어난 속도와 감도로 인해 양자 컴퓨팅, 보안 통신, 광 감지 및 거리 측정(LiDAR)과 같은 기술에 널리 사용됩니다. IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics 에 게재된 최근 연구에서는 고품질 AF SNSPD를 제작하는 자세한 가이드를 제공합니다. 중국 톈진 대학의 Xiaolong Hu 교수와 Kai Zou 박사가 수행한 이 연구에서는 이러한 고급 감지기를 제작하는 데 필요한 재료, 제작 기술 및 주요 과제를 설명합니다. "이 논문은 고성능 프랙탈 SNSPD의 나노 및 마이크로 제조 개발을 제시하는 것을 목표로 하며, 특히 이러한 장치의 성공에 핵심이 되는 중요한 실험적 세부 사항에 중점을 둡니다."라고 Hu 교수는 말합니다. AF SNSPD의 구조 내부 AF SNSPD는 광자 감지용 나노와이어, 광자를 포착하기 위한 광학 마이크로 공동, 검출기를 수용하고 광섬유와 정렬하는 키홀 모양 칩의 세 가지 구성 요소로 구성됩니다.
제조 공정은 이온 빔 보조 증착(IBD)을 사용하여 실리콘 웨이퍼에 6개 또는 8개의 교대로 된 이산화규소(SiO 2 )와 산화탄탈륨(Ta 2 O 5 ) 층을 코팅하여 광학 마이크로 공동을 만드는 것으로 시작하여 바닥 분포 브래그 반사기를 형성한 다음 SiO 2 결함 층을 추가합니다. 다음으로, 반응성 마그네트론 스퍼터링을 사용하여 9nm 니오븀-티타늄 질화물(NbTiN) 초전도 필름을 결함 층에 증착하여 광자 감응 표면을 만듭니다. 그런 다음 광학 리소그래피 및 리프트 오프 공정을 사용하여 이 표면에 티타늄-금 전극을 제조합니다. 나노와이어는 주사 전자 빔 리소그래피를 사용하여 프랙탈 디자인으로 패터닝된 다음 반응성 이온 에칭을 통해 NbTiN 층으로 전송됩니다. 마이크로 캐비티는 정렬된 광학 리소그래피와 IBD를 사용하여 상단 SiO 2 결함 층과 Ta 2 O 5 /SiO 2 의 추가 교대 층을 증착하여 완성됩니다.
칩은 광학 리소그래피, 유도 결합 플라즈마 에칭 및 Bosch 에칭 공정을 사용하여 키홀 형태로 성형 되고 광섬유 연결을 위해 패키징됩니다. 최대 효율성을 위한 성능 최적화 저자는 또한 나노와이어, 광학 마이크로 캐비티 및 키홀 모양 칩의 제조 공정을 최적화하기 위한 제안을 제공했습니다. 그들의 권장 사항 중 일부는 다음과 같습니다. 나노와이어에 패턴화된 레지스트와 NbTiN 재료 사이의 결합을 개선하기 위해 접착 촉진제로 5nm 실리콘 또는 3nm SiO2 층을 적용하고 , 일관된 나노와이어 폭을 보장하기 위해 보조 AF 나노와이어 패턴을 사용하고, 포토레지스트 변형을 최소화하기 위해 광학 마이크로 캐비티의 레이아웃과 간격을 신중하게 설계합니다.
그들은 또한 키홀 모양 칩에 정확한 정렬 마커를 사용하고 경화 공정 중에 열을 점진적으로 적용하여 포토레지스트 안정성을 향상시키고 에칭 결함을 최소화할 것을 제안했습니다. 양자 기술의 밝은 미래 결론적으로, 연구자들은 인상적인 감도와 시스템 감지 효율을 가진 SNSPD를 개발할 수 있었습니다. "이러한 발전은 프랙탈 SNSPD의 제작을 단순화하는 데 도움이 되어 추가 기능이 있는 더욱 진보된 장치를 개발할 수 있습니다."라고 후 교수는 말합니다. SNSPD 설계 및 제조의 이러한 꾸준한 개선은 양자 컴퓨팅, 통신 및 광학 감지 분야의 획기적인 발전을 위한 길을 열 수 있습니다. 광자공학의 미래는 분명 밝아 보입니다!
참고문헌: Kai Zou와 Xiaolong Hu의 "Fabrication Development of High-Performance Fractal Superconducting Nanowire Single-Photon Detectors", 2024년 12월 25일, IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics . DOI: 10.1109/JSTQE.2024.3522176
https://scitechdaily.com/breakthrough-in-high-performance-fractal-nanowire-photon-detectors/
메모 250218125 소스1.종합분석_【】
_[1-1】광자는 전자기파 에너지의 p.qcell 단위이다. 전자기파는 msbase 속성의 스핀 고유패턴을 가진다.
여기서의 빛은 magicsum의 행렬의 value이고 zsp는 mcell(:mapping qcell) 각위치의 광자들의 고유값이다.
보기1. 전자기파 경로(01~16, 고유 전자기파)
보기1.
04110613
14051203
15080902
01100716
보기2. 전자기파 mcell의 고유 상수 02030509 광자덩어리 빛 에너지의 기본 흐름도이다. 시작수를 달리하고 등차수열을 가지면 전자기파의 기본상수 값은 다양하게 변한다.
보기2.
01020304ㅡ0203
05060708ㅡ05
09101112ㅡ09
13141516
보기3. qcell.qvix.qms.energy, 보기3.은 mcell.c_mode이고 보기3-1.은 mcell에 매핑되는 base_mode이다.
보기3.
02000000
00000101
00010001
00010100
보기 3-1. qms.qvix.qcell, 여기서 11값은 두개의 전하에 의해 얽힘의 값 2와 0을 가진다. 만약에 111111111 ...100개 이면 전하를 매개로 더 다양한 값을 가진다. 그최대 에너지을 가진 광자는 100/1mcell=100 갯수를 가진다. 이는 pms 소수처럼 고유한 msbase의 에너지값(*)을 가진다. 허허. 그리하여 우주에는 초거대 광자 덩어리가 국소점 mcell에 갇혀서 펄서와 블랙홀, 빅뱅과도 같은 괴물도 만들어낸다. 어허.
참고로, 빛의 세기는 빛이 가지는 에너지가 이동할 때 어떤 면적을 통과하는 양을 말한다. 빛의 세기 단위는 W/m^2(mcell.nk2)이다.
sample qoms (standard)
0000000011=2,0
0000001100
0000001100
0000010010
0001100000
0101000000
0010010000
0100100000
2000000000
0010000001
≈≈≈≈===========
1.
고성능 프랙탈 나노와이어 광자 검출기의 획기적인 진전
연구자들은 확장 가능한 단일 광자 검출기의 설계 및 성능 문제를 극복하기 위한 새로운 제조 기술을 개발했다.
아크 프랙탈 SNSPD를 위한 새로운 제조 기술은 광자 감지를 개선하고, 양자 컴퓨팅을 강화하며 , 안전한 통신을 보장한다. 과학자들은 재료와 공정을 최적화하여 이러한 감지기를 그 어느 때보다 더 효율적으로 만들었다.
1-1.광자 감지로 전자기술 혁신
[1-1.]빛 감지는 고속 통신에서 양자 컴퓨팅 및 감지에 이르기까지 현대 기술에서 중요한 역할을 한다. 이러한 시스템의 핵심은 개별 빛 입자(광자)를 식별]하고 측정하는 광자 검출기이다.
매우 효과적인 유형 중 하나는 초전도 나노와이어 단일 광자 검출기(SNSPD)이다. 이러한 검출기는 광자에 부딪히면 초전도 상태에서 저항 상태로 즉시 전환되는 초박형 초전도 와이어를 사용하여 매우 빠른 감지가 가능하다.
1-2.
성능을 향상시키기 위해 이러한 [1-2]검출기의 나노와이어는 페아노 아크-프랙탈 패턴으로 배열]되어 있으며, 이는 다양한 규모에서 일관되게 유지되는 고유한 구조이다. 이 프랙탈 설계를 통해 SNSPD는 방향이나 편광(전기장의 방향)에 관계없이 광자를 감지할 수 있어 매우 다재다능하다. 아크-프랙탈 SNSPD(AF SNSPD)는 뛰어난 속도와 감도로 인해 양자 컴퓨팅, 보안 통신, 광 감지 및 거리 측정(LiDAR)과 같은 기술에 널리 사용된다.
_[1-2】페아노 아크 프랙탈은 msbase의 자기 유사복제 공간채움 무한 패턴 배열과 생성과 매우 유사하다. 방향이나 편광(전기장의 방향)에 관계없이 광자를 감지할 수 있어 매우 완벽한 mgìcsum 구체 표면의 좌표 위치값를 가진다. 그 반지름이 qpeoms=1, n이다. 어허.
프랙털은 일부 작은 조각이 전체와 비슷한 기하학적 형태를 말한다. 이런 특징을 자기 유사성이라고 하며, 다시 말해 자기 유사성을 갖는 기하학적 구조를 프랙탈 구조라고 한다.
참고로,
코흐 곡선은 한 변의 길이가 1인 정삼각형에서 출발한다. 정삼각형의 각 변을 3등분하여 가운데의 선분을 한 변으로 하는 정삼각형을 처음 정삼각형의 바깥쪽에 그린다. 코흐 곡선은 한 변의 길이가 1인 정삼각형에서 출발한다. 정삼각형의 각 변을 3등분하여 가운데의 선분을 한 변으로 하는 정삼각형을 처음 정삼각형의 바깥쪽에 그린다.
두번째, 기하학에서, 페아노 곡선(Peano curve)은 1890년 이탈리아 수학자 주세페 페아노가 고안한 최초의 공간 채움 곡선이다. 페아노 곡선은 단위 구간에서 단위정사각형으로 사상하는 전사인(단사는 아니다.) 연속 함수이다. 이 두 집합의 크기가 같다는 게오르크 칸토어의 결과가 페아노가 이 곡선을 구상하는 동기가 되었다고 한다. 일부 저자들은 공간 채움 곡선을 페아노 곡선이라고 부르기도 한다.
2.양자 기술의 밝은 미래
결론적으로, 연구자들은 인상적인 감도와 시스템 감지 효율을 가진 SNSPD를 개발할 수 있었다. "이러한 발전은 프랙탈 SNSPD의 제작을 단순화하는 데 도움이 되어 추가 기능이 있는 더욱 진보된 장치를 개발할 수 있다.
SNSPD 설계 및 제조의 이러한 꾸준한 개선은 양자 컴퓨팅, 통신 및 광학 감지 분야의 획기적인 발전을 위한 길을 열 수 있다. 광자공학의 미래는 분명 밝아 보인다.
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